2021 Fiscal Year Annual Research Report
透過電子顕微鏡を用いた直接観察による有機反応機構の決定
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20J22087
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
劉 東欣 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | 励起状態化学 / 速度論的解析 / 放射化学 / ラジカルカチオン / フラーレン / 透過電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子線は有機および無機物質のナノ世界を探索するための強力なプローブであり，透過電子顕微鏡や電子回折で活用されている．昨今の試料作製やデータ収集，画像処理の進歩に伴い，電子顕微鏡法の応用範囲を制限している要因は電子線と試料との相互作用による照射損傷であると考えられている．一般的に電子線照射による照射損傷は，ノックオンやイオン化によるものであると議論がなされており，特にイオン化の影響が大きいと考察がなされてきたが原子や分子レベルでの照射損傷機構は定性的な理解に留まっていた．
本年度は透過電子顕微鏡による原子分解能直接観察を活用して電子線の誘起する化学反応の定量的な機構解析を目指して研究を行った．電子線照射下カーボンナノチューブ内で進行する[60]フラーレン分子間の熱的禁制な[2 + 2]環化付加反応を対象とした観察により，照射電子線として60-120 kVの加速電圧で二量化反応が進行することを確認した．当該反応に対してアレニウスプロットを用いた速度論的解析を行うと，電子衝撃を通じたイオン化及び電子励起経由での反応進行が明らかになり，加速電圧と温度，そして反応容器であるカーボンナノチューブの照射損傷に与える影響が明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では，透過電子顕微鏡を用いた直接観察によって電子線照射下で進行する分子動的過程の機構解明を目的に研究を行なっている．本年度の研究においては，透過電子顕微鏡の可能性を制限する照射損傷の機構を明らかにするべく，単分子速度論的解析を実践した．その結果，電子衝撃による励起状態やラジカルカチオンの生成を明らかにし，当初想定を超えて複雑な機構の解明に至った．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度で得られた様々な加速電圧や温度，カーボンナノチューブの状態における照射損傷に関する知見を活用し，透過電子顕微鏡で観察されるナノスケールでの機構がバルク応用に直接活かせるような系に対する機構解析を目指す．例えばデバイス応用が期待される有機分子や材料合成の活用される金属錯体の分解機構探究に着手する．
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