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2011 Fiscal Year Annual Research Report

大サイズクラスターを用いた水-アルコール混合系におけるミクロ相分離の赤外分光研究

Research Project

Project/Area Number 22350001
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

藤井 朱鳥  東北大学, 大学院・理学研究科, 准教授 (50218963)

Keywords水 / アルコール / 水素結合 / クラスター / 赤外分光 / 質量分析 / 相分離 / 密度汎関数法
Research Abstract

本年度は水-アルコール混合系を考える上で基本となる、純粋なアルコール分子からなる大きなクラスターの赤外分光を行った。最も単純なアルコールであるメタノールの中性クラスター(MeOH)_nとプロトン付加メタノールクラスターH^+(MeOH)_nの二つを対象とした。中性クラスターではフェノール1分子を紫外発色団として混入させ、フェノール部のブロードな電子遷移を経由した多光子イオン化を利用してサイズ選択赤外-紫外二重共鳴分光を行った。n=10-40のサイズ範囲で3μm領域の赤外スペクトルを観測することに成功した。プロトン付加クラスターに関しては、重連型四重極質量分析器を用いて赤外解離分光を行い、厳密にサイズ選択されたクラスターのスペクトルをn=10-50のサイズ範囲で観測した。中性クラスターとプロトン付加クラスターのスペクトルはお互いに良く類似し、特にn=30以上のサイズでは両者は良く一致した。これは、余剰プロトンがメタノールの水素結合構造に与える影響が大きくなく、更に大きなクラスターにおいては、その影響の希釈が進むためであると考えられる。3μm領域の赤外スペクトルにおいては、水素結合OH伸縮振動が3300cm^<-1>を中心とする単一の強いバンドとして現れ、自由OH伸縮振動バンドは観測されなかった。メタノールの水素結合ネットワークは、その配位特性から2配位(donor-acceptor, AD)分子からなる単純な直線鎖状(あるいは円環)構造を好むと予想されるが、鎖の分岐が起きると、分岐点は3配位(double acceptor single donor, AAD)となる。3配位サイトの水素結合の強度は2配位部分に比して協同効果で増強され、より低波数に現れる。しかし3100cm^<-1>付近と予想される3配位サイトの水素結合バンドの強度は3300cm^<-1>付近の2配位サイトのバンドに較べて10%以下であり、メタノールの水素結合ネットワークにおける3配位サイトの割合は極めて低いことが分かった。これは近年の分子動力学計算による凝集相メタノールへの予想と一致した結果である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

大きな混合クラスターの構造解明が本研究の目的であるが、その基盤となる(1)クラスター源の開発(2)水、メタノールそれぞれの純粋なクラスターの赤外分光と構造解明がこれまで順調に進んでいる。来年度、最終的な目標の混合系の観測に挑戦する体制がこの2年間で構築されている。

Strategy for Future Research Activity

来年度は水-メタノール混合クラスターの赤外分光実験を推進し、これまでに計測された水、メタノールそれぞれのクラスターの赤外スペクトルとの比較から、クラスター内における相分離が発現するかどうかを調べる。混合クラスターはサイズ選択に必要な質量スペクトルが非常に複雑になることが予想され、信号強度と質量分解能の相反関係の中で計測可能な妥協点が見つかるかどうかが問題であると予想している。クラスター源の条件を混合クラスターに対して最適化し、必要とする混合クラスターの生成を高効率化し、信号強度の増大を必要ならば図る予定である。

  • Research Products

    (23 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (15 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Experimental and theoretical investigations of isomerization reactions of ionized acetone and its dimer2012

    • Author(s)
      Yoshiyuki Matsuda, 他
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 14 Pages: 712-719

    • DOI

      10.1039/clcp22953b

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spectral signatures of 4-coordinated sites in water clusters : Infrared spectroscopy of phenol-(H2O)n (~20<n<~50)2011

    • Author(s)
      Toru Hamashima, 他
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.A

      Volume: 115 Pages: 620-625

    • DOI

      10.1021/jp111586p

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Infrared photodissociation spectroscopy of H+(H2O)6/Mm (M=Ne, Ar, Kr, Xe, H2, N2, and CH4) : messenger-dependent balance between H3O+ and H2O5+ core isomers2011

    • Author(s)
      Kenta Mizuse, 他
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 13 Pages: 7098-7104

    • DOI

      10.1039/clcp20207c

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural trends of ionized water networks : Infrared spectroscopy of water cluster radical cations (H2O)n+ (n=3-11)2011

    • Author(s)
      Kenta Mizuse, 他
    • Journal Title

      Chem.Sci.

      Volume: 2 Pages: 868-876

    • DOI

      10.1039/c0sc00604a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental and theoretical determination of the accurate CH/p interaction energies in the benzene-alkane clusters : Correlation between interaction energy and polarizability2011

    • Author(s)
      Asuka Fujii, 他
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 13 Pages: 14131-14141

    • DOI

      10.1039/clcp20203k

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural origin of the antimagic number in protonated water clusters H+(H2O)n : Spectroscopic observation of the "missing" water molecule in the outermost hydration shell2011

    • Author(s)
      Kenta Mizuse, 他
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.Lett.

      Volume: 2 Pages: 2130-2134

    • DOI

      10.1021/jz200996q

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solvation-induced s-complex structure formation in the gas phase : A revisit to the infrared spectroscopy of [C6H6-(CH3OH)2]+2011

    • Author(s)
      Kenta Mizuse, 他
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.A

      Volume: 115 Pages: 11156-11161

    • DOI

      10.1021/jp202680x

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] クラスター分光で探る水の構造2012

    • Author(s)
      藤井朱鳥
    • Organizer
      日本化学会春期年会第2次先端ウォッチング
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] 分子クラスター~質量分析と組み合わせた赤外分光研究~2011

    • Author(s)
      藤井朱鳥
    • Organizer
      イオン反応研究会
    • Place of Presentation
      大阪府立大学
    • Year and Date
      2011-12-03
  • [Presentation] 大サイズクラスターの分光研究:現状と展望2011

    • Author(s)
      藤井朱鳥
    • Organizer
      分子研研究会
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター
    • Year and Date
      2011-11-01
  • [Presentation] 真空紫外-光子イオン化により生成した(ジエチルエーテル)n+、n=1-3の赤外分光2011

    • Author(s)
      松田欣之, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-23
  • [Presentation] フルオレノンアニオンのプロトン性溶媒中における異常発光:気相クラスターの光電子脱離分光とDFT計算による解析2011

    • Author(s)
      前山俊彦, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-22
  • [Presentation] メッセンジャー法によって冷却されたプロトン付加水クラスターの赤外分光2011

    • Author(s)
      水瀬賢太, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] 正イオン状態におけるメチル基の水素結合性~中性及び正イオンのトリメチルアミン二量体の赤外分光~2011

    • Author(s)
      中山雄一朗, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] 2成分クラスター(CH3)3N-H+-(CH3OH)nにおける余剰プロトンの位置~赤外分光とDFT計算による検証~2011

    • Author(s)
      濱島徹, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] (CH3)3NH+-(H2O)nの赤外分光による中性水ネットワークの構造解析2011

    • Author(s)
      宍戸龍之介, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-20
  • [Presentation] 希ガス付着による水素結合構造のスイッチング~H+(CH3OH)n-Ar,Neの赤外分光~2011

    • Author(s)
      濱島徹, 他
    • Organizer
      分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-20
  • [Presentation] Hydrogen bond networks of water probed by large-sized clusters in the gas phase2011

    • Author(s)
      Asuka Fujii
    • Organizer
      19^h International Conference on "Horizons in Hydrogen Bond Research"
    • Place of Presentation
      Gottingen大学
    • Year and Date
      2011-09-14
  • [Presentation] Hydrogen bond networks of water probed by large-sized clusters in the gas phase2011

    • Author(s)
      Asuka Fujii
    • Organizer
      Workshop on exploring the structure and dynamics of water at interfaces
    • Place of Presentation
      国家理論計算中心、台湾
    • Year and Date
      2011-07-16
  • [Presentation] Extensive hydration structure of amino acids probed by infrared spectroscopy of large-sized clusters2011

    • Author(s)
      Asuka Fujii
    • Organizer
      The 5^<th> symposium on "Molecular science for supra functional systems"
    • Place of Presentation
      ロイトン札幌
    • Year and Date
      2011-07-12
  • [Presentation] Hydrogen bond ring opening and closing in protonated methanol probed by infrared spectroscopy with and without Ar tagging2011

    • Author(s)
      Toru Hamashima, 他
    • Organizer
      66^<th> International symposium on Molecular spectroscopy
    • Place of Presentation
      Ohio州立大学
    • Year and Date
      2011-06-20
  • [Presentation] C…H…N hydrogen bond formation in trimethylamine dimer upon one-photon ionization2011

    • Author(s)
      Yuichiro Nakayama, 他
    • Organizer
      66^<th> International symposium on Molecular spectroscopy
    • Place of Presentation
      Ohio州立大学
    • Year and Date
      2011-06-20
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.qclab.chem.tohoku.ac.jp

URL: 

Published: 2013-06-26  

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