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遠紫外分光法と分子科学計算によるアルミナ表面の疎水性メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05672
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関関西学院大学

研究代表者

後藤 剛喜  関西学院大学, 理工学研究科, 助教 (00585961)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2017年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードアルミナ表面 / 界面水分子 / 水素結合 / 水和状態 / 遠紫外分光法 / アルミナ結晶 / 立体水和力 / 物理化学 / 表面・界面物性 / セラミックス / 分子分光学 / 水分子
研究実績の概要

本研究の目的は、多角入射ATR遠紫外分光法によりアルミナ表面上の界面水分子の第一電子遷移状態を決定し、そこから界面相の拡散電気二重層中の界面水分子の水素結合状態、イオンの水和状態を電子状態から明らかにすることである。以下に、平成29年度実施した研究成果についてまとめる。
(1) 様々なカチオンの水酸化物塩水溶液の遠紫外スペクトルを測定し、そのスペクトル形状に対する濃度依存性とカチオン依存性から、水酸化物イオンに水和した水分子の電子状態とその水和構造を検討した。そして量子化学計算を用いて詳細な電子状態と水和構造の関係を明らかにした。
(2) 2つのアルミナ表面間(アルミナプリズムとアルミナ基板)に厚さ数十nmの超薄膜水を圧着法で外部より圧力を印加して形成し、アルミナプリズム側から薄膜水のATR遠紫外スペクトルを測定することで、アルミナ表面上のナノ薄膜水の電子状態と水素結合構造を検討した。特にナノ薄膜水の厚みとその水素結合構造の依存性を検討したところ、薄膜の厚みが10nmより薄くなると水分子の第一電子遷移バンドが急激に高エネルギー側へ変化し、空間的な制限による立体水和力の効果でナノ薄膜水の水素結合構造はバルク状態から氷状態に急激に変化することが明らかになった。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 7件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Study of first electronic transition and hydrogen bonding state of ultra-thin water layer of nanometer thickness on an α-alumina surface by far-ultraviolet spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Goto, T. and Kinugasa, T.
    • 雑誌名

      Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc.

      巻: 197 ページ: 133-137

    • DOI

      10.1016/j.saa.2017.12.029

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interpretation of the A-X Transition of Hydrated Protons in Aqueous Solutions Observed in the Far-UV Region with Quantum Chemical Calculations2017

    • 著者名/発表者名
      Goto, T.; Bec, K. B.; Ozaki, Y.
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 号: 32 ページ: 21490-21499

    • DOI

      10.1039/c7cp01766a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Correction Method for Attenuated Total Reflection -Far Ultraviolet Spectra Via the Use of Charge Transfer to Solvent Band Intensities of Iodide in the Ultraviolet Region2017

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Ikehata, Takeyoshi Goto, Yusuke Morisawa
    • 雑誌名

      Applied Spectroscopy

      巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1530-1536

    • DOI

      10.1177/0003702817704171

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 遠紫外分光の新しい応用2017

    • 著者名/発表者名
      田邊一郎、後藤剛喜、森澤勇介、尾崎幸洋
    • 雑誌名

      分析化学

      巻: 66

    • NAID

      130005691531

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Optical Measurements of Far- and Deep-Ultraviolet Surface Plasmon Resonance with Different Refractive Indices2016

    • 著者名/発表者名
      Tanabe, I.; Tanaka, Y. Y.; Ryoki, T.; Watari, K.; Goto, T.; Kikawada, M.; Inami, W.; Kawata, Y.; Ozaki, Y.
    • 雑誌名

      Opt. Express

      巻: 24 号: 19 ページ: 21886-21896

    • DOI

      10.1364/oe.24.021886

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 遠紫外分光法によるアルミナ表面上界面水分子の第一電子遷移と水素結合の研究2017

    • 著者名/発表者名
      後藤剛喜、岸部航大、衣笠智也、尾崎幸洋
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会
    • 発表場所
      慶応大学日吉キャンパス (神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 遠紫外領域における液体水分子の光吸収と固液界面への展開2017

    • 著者名/発表者名
      後藤剛喜
    • 学会等名
      微小領域における構造制御と計測技術の最前線
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] First electronic transition and hydrogen bonding state of interfacial water on alpha-alumina surface studied by far-ultraviolet spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      T. Goto, T. Kinugasa, and Y. Ozaki
    • 学会等名
      ACS 254th National Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cation effects on the first electronic transitions of hydrating water studied by far-UV spectroscopy and quantum chemical calculations2017

    • 著者名/発表者名
      T. Goto, A. Ikehata, Y. Morisawa, K. Bec, and Y. Ozaki
    • 学会等名
      ACS 254th National Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoabsorption of liquid water in far-ultraviolet region2016

    • 著者名/発表者名
      Takeyoshi Goto
    • 学会等名
      2nd International Aquaphotomics Symposium
    • 発表場所
      神戸大学百年記念館 (兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] First electronic transition of interfacial water adsorbed on alumina surface studied by far-ultraviolet spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Takeyoshi Goto, Yukihiro Ozaki
    • 学会等名
      SCIX2016
    • 発表場所
      ミネアポリス,アメリカ
    • 年月日
      2016-09-20
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cation size effects on A←X transition of proton-water cluster: electronic delocalization of hydrated proton in liquid water2016

    • 著者名/発表者名
      Takeyoshi Goto, Krzysztof Bec, Yukihiro Ozaki
    • 学会等名
      SCIX2016
    • 発表場所
      ミネアポリス,アメリカ
    • 年月日
      2016-09-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アルミナ表面水酸基が界面水分子の電子遷移に及ぼす影響に関する遠紫外分光研究2016

    • 著者名/発表者名
      岸部航大、後藤剛喜、尾崎幸洋
    • 学会等名
      日本分析化学会第65回年会
    • 発表場所
      北海道大学工学部 (北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-09-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 水和プロトンの第一電子遷移に対するカチオンサイズの依存性2016

    • 著者名/発表者名
      後藤 剛喜, Krzysztof Bec, 江原正博, 尾崎 幸洋
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート (兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] First electronic transition of interfacial water on alpha-alumina studied by far-ultraviolet spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Takeyoshi Goto, Yukihiro Ozaki
    • 学会等名
      ACS national meeting
    • 発表場所
      Pennsylvania Convention Center, 米国
    • 年月日
      2016-08-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cation size effects on first electronic transition of proton-water cluster: electronic delocalization of hydrated proton in liquid water2016

    • 著者名/発表者名
      Takeyoshi Goto, Krzysztof Bec, Yukihiro Ozaki
    • 学会等名
      ACS national meeting
    • 発表場所
      Pennsylvania Convention Center, 米国
    • 年月日
      2016-08-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 遠紫外分光法によるプロトンに水和した水分子の第一電子遷移の研究2016

    • 著者名/発表者名
      後藤剛喜、尾崎幸洋
    • 学会等名
      第76回分析化学討論会
    • 発表場所
      岐阜大学 (岐阜県岐阜市)
    • 年月日
      2016-05-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 遠紫外分光法によるアルミナ表面上の界面水分子の電子遷移と水素結合に関する研究2016

    • 著者名/発表者名
      岸部航大, 後藤剛喜, 尾崎幸洋
    • 学会等名
      第76回分析化学討論会
    • 発表場所
      岐阜大学 (岐阜県岐阜市)
    • 年月日
      2016-05-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [図書] Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition)2017

    • 著者名/発表者名
      Goto, T., Morisawa, Y., Gorog, S., Gunther, D., Gomez, J.S., Galea, D., Geladi, P., Genkawa, T., Gensch, T., Gerothanassis, I.P., Gil, A.M., Gil, R.R., Gilbert, A.S., Gilchrist, A., Gilmutdinov, A.Kh., Giraudeau, P., Glatfelter, A., Gonzalez, J.J., Gorelsky, S.I., Gorenstein, D.G. 他
    • 総ページ数
      3584
    • 出版者
      Elsevier
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2018-12-17  

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