超高速時間分解分光法およびX線分光法によるイオン液体溶媒和構造の実時間計測

• Project/Area Number: 12J02586
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 村松 正康 大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: イオン液体 / 溶媒和構造 / フェムト秒パルス / 溶媒和ダイナミクス / 時間分解蛍光測定 / X線小角散乱測定

Research Abstract

本研究では、溶液中での化学反応の進行に重要な役割を示す溶媒和過程において、溶媒分子の空間的配置に関する情報を得ることを目的としている。
分子構造の対称性が異なる種々の溶質を用いて、超高速時間分解分光法による溶媒和ダイナミクス測定を行なった。基底状態での溶媒分子配置や、励起状態での分子内電荷分離反応の速度を制御することで、イオン液体中での溶媒和ダイナミクスを詳細に観測し、その空間的配置に関しても示唆する結果が得られた。(Photochem. Photobiol. Sci., 2013, 12, 1885-1894., およびJ. Sol. Chem., 2014, accepted.)
また、溶液中での空間的構造に関する情報を得るための簡易な手法の開発を目的とした実験を行なった。現段階では光学顕微鏡を用いており、スケールの違いから直接的に溶媒和構造の推定につながるものではないが・光捕捉された数十nmサイズのナノ粒子群の、溶液中での動的挙動の観測をおこなっている。フェムト秒パルス光を用いた場合、CW光に比べて遥かに高効率に粒子が捕捉され、集光点から捕捉された粒子が噴出する特異な挙動が観測された。この粒子の噴出過程には、集光点でナノ粒子の過渡集合構造が形成されることが重要な役割を果たしていると考えられている。これまでに、捕捉光パルス間の遅延時間や・偏光方向の時間的変化を調整することで、ナノ粒子の捕捉効率や空間的構造の動的変化を部分的に制御することに成功しており、電場の時間的変化が溶液中での局所構造の形成に与える影響が示されている。このような性質は、構造のスケールの違いは存在するが、溶媒和ダイナミクスにおける溶媒分子の空間配置とも深く関連していると考えられる。
以上のように本研究により、溶媒和ダイナミクスを理解する上で重要な情報となる、溶媒の空間的配置を推察するための重要な結果が多角的に得られた。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Femtosecond degenerate four-wave-mixing measurements of coherent intramolecular vibrations in an ultrafast electron transfer system (2014)
  • Author(s): Nagasawa, Y. ; Yoneda, Y. ; Nambu, S. ; Muramatsu, M. ; Takeuchi, E. ; Tsumori, H. ; Miyasaka, H.
  • Journal Title: Vibrational Spectroscopy Volume: 70 Pages: 58-62
  • DOI: 10.1016/j.vibspec.2013.11.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Constraint-induced structural deformation of planarized triphenylboranes in the excited state (2014)
  • Author(s): Kushida, T. ; Camacho, C. ; Shuto, A. ; Irle, S. ; Muramatsu, M. ; Katayama, T. ; Ito, S. ; Nagasawa, Y. ; Miyasaka, H. ; Sakuda, E. ; Kitamura, N. ; Zhou, Z. ; Wakamiya, A. ; Yamaguchi, S.
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 5 Issue: 4 Pages: 1296-1304
  • DOI: 10.1039/c3sc52751d
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanistic studies of photoinduced intramolecular and intermolecular electron transfer processes in RuPt-centred photo-hydrogen-evolving molecular devices (2014)
  • Author(s): Suneesh, C. V. ; Balan, B. ; Ozawa, H. ; Nakamura, Y. ; Katayama, T. ; Muramatsu, M. ; Nagasawa, Y. ; Miyasaka, H. ; Sakai, K.
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 16 Pages: 1607-1616
  • DOI: 10.1016/j.chemphys.2014.02.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coherent wavepacket motion in an ultrafast electron transfer system monitored by femtosecond degenerate four-wave-mixing and pump-probe spectroscopy (2014)
  • Author(s): Nagasawa, Y. ; Yoneda, Y. ; Nambu, S. ; Muramatsu, M. ; Takeuchi, E. ; Tsumori, H. ; Morikawa, S. ; Katayama, T. ; Miyasaka, H.
  • Journal Title: Chemical Physics Volume: (印刷中) Issue: 4 Pages: 1607-1616
  • DOI: 10.1039/c3cp54630f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The effect of pre-solvation in the ground state upon photoinduced electron transfer in ionic liquids (2014)
  • Author(s): Muramatsu, M. ; Morishinia, S. ; Katayama, T. ; Ito, S. ; Nagasawa, Y. ; Miyasaka, H.
  • Journal Title: Journal of Solution Chemistry Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced charge-transfer dynamics of sequentially aligned donor-acceptor systems in an ionic liquid (2013)
  • Author(s): Muramatsu, M. ; Katayama, T. ; Ito, S. ; Nagasawa, Y. ; Matsuo, D. ; Suzuma, Y. ; Peng, L. ; Orita, A. ; Otera, J. ; Miyasaka, H.
  • Journal Title: Photochemical & Photobiological Sciences Volume: 12 Issue: 10 Pages: 1885-1894
  • DOI: 10.1039/c3pp50198a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] イオン液体中における超高速緩和ダイナミクス (2012)
  • Author(s): 長澤裕(共著)
  • Journal Title: 低温生物工学会誌 Volume: 58(2) Pages: 141-145
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Photoinduced Electron Transfer and Solvation Dynamics in Ionic Liquids : the Effect of Pre-solvation in the Ground State (2014)
  • Author(s): 村松正康・森嶋里恵・伊都将司・長澤裕・宮坂博
  • Organizer: 2014 Spring Symposium of Photochemistry Association in Taiwan
  • Place of Presentation: National Tsing Hua University, Hsinchu (Taiwan)
  • Year and Date: 2014-01-20
• [Presentation] フェムト秒ダブルパルストレインによるナノ粒子の光トラッピングおよび放出ダイナミクス (2014)
  • Author(s): 村松正康・沈則甫・江威逸・Anwar Usman・宮坂博・増原宏
  • Organizer: 2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 青山学院大学 (神奈川)
• [Presentation] 波長分解高速スキャン縮退四光波混合測定系による核波束運動の観測 (2013)
  • Author(s): 村松正康
  • Organizer: 日本化学会第93春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2013-03-24
• [Presentation] The effect of the solvent pre-orientation in the ground state for the photoinduced electron transfer in ionic liquids (2013)
  • Author(s): 村松正康・森嶋里恵・片山哲郎・伊都将司・長澤裕・宮坂博
  • Organizer: 33rd International Conference on Solution Chemistry
  • Place of Presentation: 京都テルサ (京都)
• [Presentation] 波長分解フェムト秒縮退四光波混合法による核波束運動制御 (2013)
  • Author(s): 村松正康・津森央輝・長澤裕・宮坂博
  • Organizer: 2013年 光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学 (愛媛)
• [Presentation] Coherent control of the nuclear wave packet motion as revealed by the wavelength-resolved rapid-scanning degenerate-four-wave-mixing method (2013)
  • Author(s): 村松正康・津森央輝・長澤裕・宮坂博
  • Organizer: 26th International Conference on Photochemistry
  • Place of Presentation: Katholieke Universiteit Leuven, Leuven (Belgium)
• [Presentation] The Effect of the Pre-oriented Solvent Molecules on Solvation Dynamics in Ionic Liquids (2012)
  • Author(s): 村松正康
  • Organizer: 7th Asian Photochemistry Conference 2012
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2012-11-12
• [Presentation] フェニレンエチニレン誘導体のイオン液体中での光誘起電荷移動反応・CT状態のエネルギーレベルによるダイナミクスの変化 (2012)
  • Author(s): 村松正康
  • Organizer: 分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] イオン液体中の溶媒和ダイナミクスに対する溶質の基底状態での分極の影響 (2012)
  • Author(s): 村松正康
  • Organizer: 光化学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Charge-transfer dynamics of phenyleneethynylenes with conjugated fluoro-phenyl groups in ionic liquid (2012)
  • Author(s): 村松正康
  • Organizer: XXIV IUPAC Symposium on Photochemistry
  • Place of Presentation: Coimbra University(Portugal)
  • Year and Date: 2012-07-17
• [Remarks]
  • URL: http://www.laser.chem.es.osaka-u.ac.jp/yosan/papers.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.laser.chem.es.osaka-u.ac.jp/gakkai.html