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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Control of branching ratio of reaction products by regulating the orientation of reactive complex in the transition state

Research Project

Project/Area Number 20H02691
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

蔡 徳七  大阪大学, 理学研究科, 講師 (20273732)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords分子配向制御 / 遷移状態 / 光解離 / イソハロエタン / 反応分岐比
Outline of Annual Research Achievements

本研究は分子の配向状態を選別した条件下で光解離や化学反応を開始することで、反応遷移状態を経由した後の反応経路を追跡することを目的としている。究極的には競争的に生成する化学反応生成物の反応分岐比の発現機構を解明し、生成物の反応分岐比の制御を目指している。
今年度、我々は六極電場を用いてイソハロエタンの分子配向制御に配向制御に成功した。分子の配向状態を制御した条件下で光解離実験を実施した。光解離により生成したCl原子とBr原子の生成量及び散乱分布を二次元画像処理法により決定した。散乱分布の結果を詳細に解析したところ、Br原子とCl原子はどちらも光を吸収した後、直接解離で生成していることが分かった。また、Br原子とCl原子の生成比は1.2であり、Br原子生成が優勢であることが分かった。この結果は構造異性体であるハロタン分子の結果とまったく異なる。詳細な反応機構を調べるために分子の配向状態を制御し、分子の双極子モーメントの方向とレーザーの電場ベクトルのベクトル相関による関係を調べた。理論計算を実施し得られた実験結果を比較することで分子が光を吸収する遷移双極子モーメントの方向を実験的に決定することに成功した。分子の配向制御による遷移双極子モーメントの決定は初めての成功例である。Br原子生成とCl原子生成ではどちらも同じ遷移双極子モーメントを示したことから、両方の生成物は分子が光を吸収した後、同じ励起状態から生成していることが明らかとなった。分子の配向制御及び光解離に関する研究は学術雑誌に報告した。
今年度はさらに、高強度励起CO分子ビームの発生源の製作に着手した。パルス高密度分子ビーム発生装置を作製しその特性を調べた。本装置は、来年度の分子ー分子反応への応用に向けた予備的研究でもある。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

六極電場を用いてイソハロエタンの分子配向制御に配向制御に成功し、分子配向制御の条件下で光解離実験を実施した。スライス型二次元画像法により、光解離により生成したCl原子とBr原子の生成量及び散乱分布を決定した。実験結果を詳細に解析したところ、競争的に生成するBr原子とCl原子はどちらも解離性エネルギー曲面を経由して生成していることが分かった。両者の生成比を求めたところ、生成比は1.2となり、Br生成がやや有利であることが分かった。この結果は、構造異性体であるハロタン分子の光解離の結果とまったく異なる。即ち、ハロタン分子の解離ではCl原子生成には二つの生成経路が存在しており、一つは直接解離で他方は非断熱ポテンシャルエネルギー曲面を通して生成していることが分かったが、イソハロエタンの光解離では、直接解離のみが生成経路であることが分かった。実験結果を定量的に理解するために分子の双極子モーメントの方向とレーザー電場ベクトルとのベクトル相関の関係を調べ、理論計算の結果と比較することで分子が光を吸収する遷移モーメントの方向を実験的に直接決定することに成功した。同時に、両方の生成物は分子が光を吸収した後、同じ励起状態から生成していることが明らかとなった。
今年度はさらに、高強度励起CO分子ビームの発生源の製作に着手した。パルス高密度分子ビーム発生装置を作製しその特性を調べた。本装置は、来年度の分子ー分子反応への応用に向けた予備的研究でもある。

Strategy for Future Research Activity

研究最終年度では、これまで扱った構造異性体分子の光解離の研究を継続する。それにより、競争的に生成するBr原子とCl原子生成の反応機構を明確に決定する。同時に、分子が光を吸収後に反応分岐を示す分岐の発現機構について調べる。そのために、励起光のエネルギーを変化させた研究を実施する計画である。励起エネルギーを変化させれば励起状態へ至るまでの経路で分子配向依存性の変化が期待でき、それに続く生成物の反応分岐比の変化を追跡することで反応分岐の発現機構の解明が可能であると考えている。
一方で、今年度に製作した高密度励起CO分子ビーム発生源を組み合わせることで両方の反応物の配向を制御した分子-分子反応の研究を実施する計画である。

  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] ペルージャ大学(イタリア)

    • Country Name
      ITALY
    • Counterpart Institution
      ペルージャ大学
  • [Int'l Joint Research] 台湾大学(その他の国・地域(台湾))

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      台湾大学
  • [Journal Article] Conformer Selection by Electrostatic Hexapoles: A Theoretical Study on 1-Chloroethanol and 2-Chloroethanol2022

    • Author(s)
      Caglioti Concetta、Nakamura Masaaki、Che Dock-Chil、Tsai Po-Yu、Palazzetti Federico
    • Journal Title

      Symmetry

      Volume: 14 Pages: 317~317

    • DOI

      10.3390/sym14020317

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A vector correlation study using a hexapole-oriented molecular beam: photodissociation dynamics of oriented isohaloethane2022

    • Author(s)
      Che Dock-Chil、Kawamata Hiroshi、Nakamura Masaaki、Kasai Toshio、Lin King-Chuen
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 24 Pages: 5914~5920

    • DOI

      10.1039/D1CP05788J

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Langmuir-Blodgett 法による導電性高分子薄膜の形成2022

    • Author(s)
      村野 佑馬、蔡 徳七、松本 卓也
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Photofragment imaging of oriented isohaloethene (CBrF2CHClF) correlated with laser polarization2021

    • Author(s)
      H. Kawamata, D.-C. Che, M. Nakamura
    • Organizer
      36th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

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