フェムト秒分子動画撮影法による光機能性金属錯体の機構解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes |
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| Project/Area Number |
25107527
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
野澤 俊介 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (20415053)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2014)
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| Budget Amount *help |
¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | X線自由電子レーザー / 分子動画 / 光機能性材料 / 人工光合成 / 金親和性 / エネルギー関連化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
X線自由レーザー（XFEL）を利用したフェムト秒時間分解X線散乱測定を行うことで、化学反応の進行に伴い分子の構造が時々刻々と変化する様子を実時間で観測することに成功した。実験ではX線に同期したパルスレーザー光をサンプルに照射して反応を開始させ、一定の遅延時間後にX線パルスを照射して反応中間体にX線散乱シグナルを測定した。X線散乱スペクトルをフーリエ変化して得られる動径分布関数は、原子レベルな構造情報を直接与えるため、化学反応を分子構造変化として把握できる。そのため、分子構造論に基づいた反応論を議論することが可能であり、化学反応の実時間観測が実現される。まさにこれは化学反応式における“→”の「可視化」であり、反応メカニズムの詳細について新しいレベルの理解をもたらす。
ジシアノ金錯体中の金(I)イオンは金－金間親和性によって水素結合と同程度の強さで会合体を形成する。この会合体の最低励起状態においてσ結合性軌道が占有されるため、光励起によって会合体中の金原子間に共有結合が生成される。したがってこの光反応を追跡すれば化学結合形成によって新しい分子が生まれる瞬間の可視化が実現される。また、先行されて行われた過渡吸収測定では、非常に洗練された光反応の制御が実現されており、本研究においても、励起バンドを選択することによって特定のサイズの会合体内の反応を誘起させて測定を行った。ジシアノ金錯体が3つ集合した3量体をターゲットにして、この会合体中の光化学反応をXFELから得られるフェムト秒X線パルスを用いて可視化してみると、光励起直後の構造変化は複雑であり、エネルギーが最小となる分子構造に至る前に、いわば前駆構造ともいえる状態を取ることが分かった。本研究より光機能の発生原理を詳細に議論するには分子動画撮影法が極めて有効であることが実証された。本研究はNature誌に掲載され5紙において新聞報道された。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
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[Journal Article] Direct Observation of Bond Formation in Solution with Femtosecond X-Ray Scattering2015
Author(s)
K.Kim, J.Kim, S.Nozawa, T.Sato, K.Oang, T.Kim, H.Ki, J.Jo, S.Park, C.Song, T.Sato, K.Ogawa, T.Togashi, K.Tono, M.Yabashi, T.Ishikawa, J.Kim, R.Ryoo, J.Kim, H.Ihee and S.Adachi
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Journal Title
Nature
Volume: 518
Issue: 7539
Pages: 385-389
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Outline of Beamlines at cERL2013
Author(s)
S. Nozawa, S. Adachi, R. Nagai, R. Hajima, S. Kimura, H. Kawata
Organizer
The 53th ICFA Advanced Beam Dynamics Workshop on Energy Recovery Linacs "ERL-2013"
Place of Presentation
Novosibirsk, Russia
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