2020 Fiscal Year Annual Research Report
Direct observation for steric effect in chemical reaction by controlling molecular orientation of reactants
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17KT0008
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
蔡 徳七 大阪大学, 理学研究科, 講師 (20273732)
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2017-07-18 – 2021-03-31
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| Keywords | 反応遷移状態 / 分子の配向制御 / 光解離 / 反応分岐比 / 生成物の散乱分布 / 生成物の速度分布 / ハロタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は分子の配向状態を規定した状態で光の電場ベクトル方向や他の反応物の衝突角度を制御した条件下で反応を追跡することで競争的に生成する多様な反応生成物の反応分岐比を制御することを目的としている。
今回我々はハロタン分子（CF3CCHBrCl)を六極不均一電場と高強度均一電場により実験室系に対し配向状態選別することに成功した。一方で、レーザー多光子イオン化法と二次元画像処理法を組み合わせることで生成物の散乱分布を計測するための装置を新規に製作した。この実験方法を用い分子の配向状態を規定した条件下でBr原子とCl原子の散乱分布及び相対強度比をスピン軌道状態の細部まで選別しそれぞれ計測することに成功した。
結果として、Br原子は分子が光吸収した後、直接解離ポテンシャルに遷移し生成していることが分かった。一方、Cl原子の散乱分布及び生成物の速度分布を詳細に解析したところ二つの生成経路が存在することが分かった。一つは解離ポテンシャルから直接解離しており、もう一方は非断熱遷移のポテンシャル曲面を経由して生成していると考えられる。 更に、Br原子とCl原子生成に対する反応分岐比を求めたところ、その比は1：2であり、主生成物がCl原子生成であることが示された。この結果はハロタン分子の吸収スペクトル及び生成原子の結合エネルギーから予測されれ結果と異なるものであった。詳細な議論は今後、高精度の理論研究により明らかにする予定であるが、反応生成物の分岐比が生成物に相関した単なる光吸収確率にのみ依存するという一般的な考え方が成立しないことを示しており、反応分岐機構の解明に新しい問題を提起する結果となった。
ハロタン分子の配向状態を選別した研究では生成物の分子配向依存性の優位な効果が見られなかった。これは分子の双極子モーメントの方向が両方の生成物の分子軸に垂直であることを示している。
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