2023 Fiscal Year Annual Research Report
地球外固体有機物の形成における鉱物表面の触媒反応と氷の光反応の寄与の定量的解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Next Generation Astrochemistry: Reconstruction of the Science Based on Fundamental Molecular Processes |
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| Project/Area Number |
23H03987
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
羽馬 哲也 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (20579172)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 星間塵 / 触媒化学 / フィッシャー・トロプシュ反応 / ケイ酸塩鉱物表面 / 一酸化炭素分子 / 水素分子 / 有機物 / 光反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，星間空間に存在する固体有機分子の生成過程として重要視されている「氷星間塵の光反応」と「鉱物表面の触媒反応」について実験し，両者の固体有機物の生成効率を明らかにすることを目指すものである．研究を開始するにあたり，有機分子の光反応を議論するための基礎となる「有機分子の光吸収スペクトル」を得るべく，紫外吸収分光法によって飽和脂肪酸の光吸収スペクトルを測定していたところ，極めて重要な発見があったので，本年度はそちらに注力した．
飽和脂肪酸は地球の海洋表面や海洋エアロゾルに豊富に含まれることが知られている重要な有機分子である．飽和脂肪酸の光吸収は90年以上研究されてきた歴史があり「飽和脂肪酸は太陽光（295 nmより長波長の光）をよく吸収する」と考えられてきた．しかし，光吸収のメカニズムについては未だによくわかっていない．そこで飽和脂肪酸の一種であるノナン酸について，試薬に含まれる不純物を独自に開発した精製装置により徹底的に取り除いたところ，太陽光をほぼ吸収しないことが明らかになった．紫外吸収分光法，高速液体クロマトグラフィー，核磁気共鳴分光法を組み合わせることで試薬中の不純物を分析したところ，これまでに報告されてきた太陽光の波長領域の光吸収は，ノナン酸に由来するものではなく，試薬中に微量に（0.1 %以下）存在するケトン類の不純物によって引き起こされていたことを明らかにした（Saito et al., Science Advances, 9, eadj6438, 2023)．
本研究によって「海洋表面や海洋エアロゾルの飽和脂肪酸（ノナン酸）が太陽光を吸収し光反応を起こすのか？」という問題に決着がつけることができた．また本研究成果は，光を使った実験研究では不純物の影響を評価することが結果を正しく解釈するために必要であることを示している．
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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
当初予定していた研究をきっかけに，星間化学だけでなく地球大気化学や光化学に重要な「有機分子の光吸収における不純物の寄与」について重要な知見が得られたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の成果によって，凝縮相（固相と液相）の有機分子についてはノナン酸をはじめ未だに正確な光吸収スペクトルが得られていない分子が多いことがわかった．凝縮相の有機分子の光吸収スペクトルを測定するためには，不純物を除去するための精製法を確立する必要があるが，現状の精製法はノナン酸についてはうまくいくものの，他の分子（オレイン酸など）ではうまくいかないことがわかっている．そこで今後は，ノナン酸以外にも適応できる試薬の精製法の開発に取り組む．また本研究課題で本来行う予定であった「氷星間塵の光反応」や「鉱物表面の触媒反応」による固体有機分子生成実験についても，装置の開発を進めているので，今後も継続して取り組む．
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[Presentation] Absolute cross section for OH radical desorption during the 213 nm photolysis of liquid nonanoic acid2023
Author(s)
NUMADATE, Naoki, SAITO, Shota, NOJIMA, Yuki, ISHIBASHI, Taka-aki, ENAMI, Shinichi, HAMA, Tetsuya
Organizer
38th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
Int'l Joint Research
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[Presentation] Low- and High-Density Unknown Waters at Interfaces between Water and Ices Grown/Melted by Pressure2023
Author(s)
Hiromasa Niinomi, Tomoya yamazaki, Hiroki Nada, Tetsuya Hama, Akira Kouchi, Tomoya Oshikiri, Masaru Nakagawa, Jun Nozawa, Junpei T. Okada, Satoshi Uda, Yuki Kimura
Organizer
The International Conference on Crystal Growth and Epitaxy-ICCGE-20
Int'l Joint Research
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[Presentation] In-Situ Observations of Low- and High-Density Unknown Waters at Interfaces between Water and Ices Grown/Melted by Pressure2023
Author(s)
Hiromasa Niinomi, Tomoya Yamazaki, Hiroki Nada, Tetsuya Hama, Akira Kouchi, Tomoya Oshikiri, Masaru Nakagawa, Jun Nozawa, Junpei T. Okada, Satoshi Uda, Yuki Kimura
Organizer
The 15th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice (PCI-2023)
Int'l Joint Research
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