2014 Fiscal Year Research-status Report
フェムト秒フィラメンテーションの化学―金属イオンの還元，金属ナノ粒子の生成―
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26410028
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
中島 信昭 大阪市立大学, 大学院 理学研究科, 特任教授 (00106163)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷口 誠治 公益財団法人レーザー技術総合研究所, レーザーバイオ化学研究チーム, 副主任研究員 (00342725)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / フィラメンテーション / 白色光 / 多光子反応 / 溶媒和電子 / 遷移金属 / 還元反応 / 金属微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フェムト秒レーザーパルスを集光照射するとフィラメントと称されるファイバー状となる．これに伴う化学反応を解明，展開することが目的である．集光されたフィラメント中では溶媒のイオン化が起き，その結果，溶媒和電子による溶質（金属イオン）の還元反応が起きる．研究代表者らはフィラメント生成に伴いEu3+がEu2+へ還元されることを発見し(2008)，ランタニド（Eu,Sm, Yb）イオンに展開できた．（2013）今回これらの反応を遷移金属イオンに展開した．遷移金属（Fe,Ag,Au,Pd）イオンに照射し，反応の一般性を確かめた． Ag,Au,Pdでは還元反応が進み金属ナノ粒子となるかどうかを調べた．
１．遷移金属（Fe, Ag，Au，Pd）イオンを含む溶液にフェムト秒レーザー照射し，それら金属イオンの還元反応，それにつづくナノ粒子生成を観測した．フィラメンテーションが起きると，白色光(WL)が観測されたが，さらにレーザー強度を上げると媒体はブレイクダウン（BD, 絶縁破壊）に至る．BDが起きるとその場合は，プラズマ化学と類似することになる．プラズマ化学と区別して，フィラメンテーションの化学を明確にすることを試みた．
フィラメンテーションが起きているかどうかは白色光が見えるかどうかで判断した．白色光が見られない弱いレーザー強度でも，金属イオンの還元反応が観測されるかどうか，が重要な着目点である．還元反応は金属イオンの吸収の変化，表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルの出現で観測できた． レーザー光強度とこれらの新しい吸収強度の相関を調べ，指数関数プロットの傾きを求め，多光反応であるかどうかを調べた．
2．水溶液の実験が中心であるが，熔融塩（LiCl-KCl-CsCl，300℃）を将来は使いたい．そのために500℃のオーブンを準備した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
遷移金属（Fe,Ag,Au,Pd）イオンを含む溶液にフェムト秒レーザーパルスを照射し，還元反応，微粒子生成反応を確かめることができた． ほぼ，当初の目的を達成できた．熔融塩での実験は準備を始めたが，簡単な実験ではないことが分かってきた．着実に進めて行きたい．
１．遷移金属（Fe, Ag，Au，Pd）イオンを含む溶液にフェムト秒レーザー照射し，それら金属イオンの還元反応，それにつづくナノ粒子生成を観測した．フィラメンテーションが起きると，白色光(WL)が観測されるが，さらにレーザー強度を上げると媒体はブレイクダウン（BD, 絶縁破壊）に至る．BDが起きるとその場合は，プラズマ化学と類似することになる．プラズマ化学と区別して，フィラメンテーションの化学を明確にすることを試みているが，区別は完璧とはなっていない．ただ，白色光が見られない弱いレーザー強度でも，金属イオンの還元反応が観測された．還元反応は金属イオンの吸収の変化，表面プラズモン共鳴の吸収スペクトルの出現で観測できた． レーザー光強度とこれらの新しい吸収強度の相関では指数関数プロットの傾きは2-5となり多光反応であることを示したが，系によって傾きが異なる原因は明確ではない．これらを論文にまとめる作業を始めたところであるが，審査員から，白色光と溶媒のイオン化，多光子反応，効率の定義が不明瞭だとの指摘があった．
2．水溶液の実験が中心であるが，熔融塩（LiCl-KCl-CsCl，300℃）を準備している．試料が一部黒くなった．このあたりの解明を勧めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
フェムト秒レーザーパルスを集光照射するとフィラメントと称されるファイバー状となる．これに伴う化学反応を解明，展開することが目的である．さらにレーザー強度を上げると媒体はブレイクダウン（BD, 絶縁破壊）に至る．BDが起きるとその場合は，プラズマ化学と類似することになる．プラズマ化学と区別して，フィラメンテーションの化学を明確にすることを試みている．
[対策] 白色光のスペクトルを測定し，その立ち上がりでフィラメンテーションの開始を判断し，白色光の発生とプラズマ化の区別は目視，文献値を利用する．
遷移金属（Fe,Ag,Au,Pd）イオンに照射し，反応の一般性を確かめることができている．Ag,Au,Pdでは反応が進み金属ナノ粒子となることもわかった．ほぼ，当初の目的を達成できているが，効率の評価が十分ではない．効率の定義を明確にし，実験条件を定めることに寄り，一般的な数値にすることを計画している．
熔融塩（LiCl-KCl-CsCl，300℃）を準備している．試料が一部黒くなった．温度，不純物などの影響があると思われる．トライアンドエラーで良質の試料ができるよう，条件を探索する．その後，フェムト秒パルス照射の実験に進む予定である．
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| Causes of Carryover |
必要な薬品を発注したが，その納期が次年度の4または5月以降となった．特殊な薬品のため，納期が再三後方にずれ込んだ．試薬はEu2価の塩，Euの無水の塩化物などである．
投稿中の論文の返事を待ち，場合によっては年度の切り替わりの時期に英文校正を依頼する必要があった．実際はさらに延びた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
特殊な薬品を発注済みであり，Euの無水の塩化物は4月中旬に納入された． Eu2価の塩納期は5月の予定である．
投稿中の論文については4月初旬に返事を得た．再投稿の予定．その際，英文校正は必要である．
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