Investigation on structural fluctuations of hydrogen bond structures based on the direct observation of isomerization of gas-phase molecular clusters

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K05762
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: Ishikawa Haruki 北里大学, 理学部, 教授 (80261551)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 水素結合 / 冷却イオントラップ / 赤外誘起異性化 / 光解離分光 / クラスター / 構造揺らぎ

Outline of Final Research Achievements

One of unique properties of water is network structures due to hydrogen bonds and their structural fluctuations. In this study, we performed a bottom-up approach from a viewpoint of molecular clusters to structural fluctuations of the hydrogen bond networks. In clusters, structural fluctuations can be observed as isomerization of clusters. Thus, we tried to perform a direct observation of infrared-induced isomerizations of hydrogen-bonded clusters containing phenol cations. As a result, we succeeded in capturing the structural change from a cyclic hydrogen bond structure to a chain structure and reverse process of from a chain to a cyclic hydrogen bond structures by cooling process. This result can be expected for future development.

Free Research Field

クラスター化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水は最もなじみがある液体であるが，他の液体と比べると特異な性質をもっている。その多くは水素結合に由来している。水素結合はネットワーク構造をとり，さらにその構造が熱運動で揺らいでいる。この構造揺らぎを本質的に理解するためには，分子１個１個のレベルでの挙動を明らかにすることが不可欠である。凝集系における構造揺らぎの理解まではまだ多くのステップがあるが，本研究は，その入り口となる分子クラスターにおける水素構造変化を明確に捕らえることに成功したという点で，意義があるものと考えている。