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単分子反応ダイナミクスの精密実空間イメージング分光法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K05042
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関東京理科大学

研究代表者

星野 翔麻  東京理科大学, 理学部第一部化学科, 講師 (20783616)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードイオンイメージング / 単分子素反応ダイナミクス / 励起状態ダイナミクス / 光化学反応 / 化学反応動力学 / 分子分光学
研究開始時の研究の概要

本研究課題は、解離反応や異性化反応などに代表される単分子ダイナミックスを観測し得る新規分光法の開発を行うことを目的としている。二・三原子分子のような最も基本的な分子系を対象とし、高分解能レーザー分光法のエネルギー分解能とイオンイメージング手法の空間分解能を融合してその分子ダイナミックスを明らかにする。特に解離や異性化などの反応過程が起こり得る高エネルギー領域(高振動準位)を選択的かつ効率的に生成・検出し、フラグメントが自由に回転しているような、「解離の途中」の状態を可視化することにチャレンジする。

研究実績の概要

反応中間体や反応生成物の量子状態分布を実験的に調べることは、化学反応ダイナミクスを解明する上で最も重要である。特に反応中間体の構造情報や、反応生成物の空間分布からは、反応のメカニズムに関する直裁的な情報を引き出すことが可能である。本研究課題では、高精度・高効率な量子状態の選択的励起と、イオンイメージング法の高い空間分解能を融合させ、気相分子の単分子反応ダイナミクスの実空間観測を行うことを目的としている。2023年度は昨年度に引き続き、ハロゲン化アシル、特に、ヨウ化アセチル(CH3COI)の紫外光誘起解離ダイナミクスを主対象とした研究を行なった。ヨウ化アセチルは200-300nmの紫外領域にn-π*遷移およびn-σ*遷移に起因する強い吸収を持つ。これら紫外吸収帯を光励起した際に観測されるI原子およびCH3ブラグメントのイオンイメージから、紫外光励起に伴ってCH3COI → CH3CO + Iの一次解離過程と、CH3CO → CH3+ COの二次解離過程が段階的に起こることを明らかにした。この解離過程は光励起によって強い結合が最初に切断されたのちに弱い結合が切断されるという従来の有機反応論(Norrish I型反応)とは異なるメカニズムである。現在、高精度な量子化学計算を行い、解離反応に関与する電子状態の特定や、従来の有機反応論との相違点を理論モデルから説明することを試みている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

昨年度に引き続き、ハロゲン化アシルの紫外光誘起解離ダイナミクスを対象とした研究を行なった。その結果、紫外光励起によって強い結合が最初に切断されたのちに弱い結合が切断されるという従来の有機反応論(Norrish I型反応)とは全く異なるメカニズムを明らかにすることができた。

今後の研究の推進方策

2024年度にはハロゲン化アシルに加えて大気化学的に重要な化学種であるCriegee中間体の紫外光ダイナミクスを対象とした研究を実施する予定である。また、高精度な量子化学計算を併用して行うことで、反応に関与する電子状態や反応メカニズムの詳細を調査することで、紫外領域における光解離反応過程の全貌を明らかにする。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] ダイレクトドライブ式分光器の波長校正における注意点2024

    • 著者名/発表者名
      星野翔麻、伊藤雅通、築山光一
    • 雑誌名

      分光研究

      巻: 72 ページ: 231-232

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polarity and Dielectric Property Control Triggered by a Coordinated Solvent Molecule Exchange in Luminescent Mononuclear Aluminium(III) Complexes2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Fumiya、Gemba Misato、Hoshino Shoma、Tsukiyama Koichi、Shiotsuka Michito、Nakajima Takashi、Tadokoro Makoto
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: ー 号: 33

    • DOI

      10.1002/chem.202203937

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Atmospheric impact of isoprene-derived Criegee intermediates and isoprene hydroxy hydroperoxide on sulfate aerosol formation in the Asian region2023

    • 著者名/発表者名
      Hata Hiroo、Hoshino Shoma、Fujita Michiya、Tonokura Kenichi
    • 雑誌名

      Atmospheric Environment: X

      巻: 20 ページ: 100226-100226

    • DOI

      10.1016/j.aeaoa.2023.100226

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 光電子イメージングによる負イオン双極子束縛状態の分光学的観測2023

    • 著者名/発表者名
      星野翔麻
    • 雑誌名

      分光研究

      巻: 72 ページ: 143-144

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rotationally resolved gas-phase spectrum of the A2Σ+-X2Π3/2 electronic transition for the cyanogen halide radical cation ICN+2022

    • 著者名/発表者名
      Araki Mitsunori、Ito Takumi、Hoshino Shoma、Tsukiyama Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Spectroscopy

      巻: 388 ページ: 111675-111675

    • DOI

      10.1016/j.jms.2022.111675

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation Mechanism for the Far-Infrared Emission Between Rydberg States of NO2022

    • 著者名/発表者名
      Hoshino Shoma、Nishimura Kento、Abe Rin、Tsukiyama Koichi
    • 雑誌名

      Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves

      巻: 43 号: 7-8 ページ: 598-611

    • DOI

      10.1007/s10762-022-00866-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Predissociation Dynamics of Br2 in the [2Π1/2]c5d; 0g+ and [2Π3/2]c6d; 0g+ Rydberg States by Velocity Map Imaging Study2022

    • 著者名/発表者名
      Hoshino Shoma、Ishii Kento、Tsukiyama Koichi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 33 ページ: 29072-29078

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c02921

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 量子化学/遷移状態理論計算によるイソプレン由来Criegee中間体と酢酸の反応速度定数の算出2023

    • 著者名/発表者名
      秦 寛夫, 星野 翔麻, 築山 光一, 戸野倉 賢一
    • 学会等名
      第28回大気化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 時間分解型キャビティーリングダウン分光法によるイソプレン由来Criegee中間体と二酸化硫黄および酢酸との反応速度の決定2023

    • 著者名/発表者名
      星野 翔麻, 秦 寛夫, 戸野倉 賢一, 築山 光一
    • 学会等名
      第28回大気化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 時間分解型キャビティーリングダウン分光システムの構築と大気化学への応用: クリーギー中間体の反応速度の決定2023

    • 著者名/発表者名
      星野翔麻
    • 学会等名
      第5回キャビティー分光ユーザーズミーティング
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] ICN+分子実験室分光測定によるハロゲン化シアンカチオンの星間吸収線プロファイルの推定2022

    • 著者名/発表者名
      荒木 光典, 伊藤 拓海, 星野 翔麻, 築山 光一
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] イオンイメージング法によるハロゲン化アシルの光解離ダイナミクスの解明2022

    • 著者名/発表者名
      後藤 匠登, 星野 翔麻, 築山 光一
    • 学会等名
      第16回分子科学討論会2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] イソプレン由来の反応中間体化合物と二酸化硫黄の化学反応に起因する微小粒子状物質の生成と大気質への影響2022

    • 著者名/発表者名
      秦 寛夫, 星野 翔麻, 藤田 道也, 戸野倉 賢一
    • 学会等名
      第63回 大気環境学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Photodissociation dynamics of dimethyl sulfoxide at 213 nm studied by velocity map imaging2022

    • 著者名/発表者名
      Junya Hattori, Shoma Hoshino, Kento Ishii, and Koichi Tsukiyama
    • 学会等名
      The 37th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laboratory spectroscopy of A 2Σ+ - X 2Π3/2 electronic transition of ICN+ to estimate profiles of interstellar absorption lines by halogen cyanide cations2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Ito, Mitsunori Araki, Shoma Hoshino, and Koichi Tsukiyama
    • 学会等名
      The 75th International Symposium on Molecular Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gas-Phase CH-Overtone Band Spectra of Methyl Acetate and Ethyl Acetate via Incoherent Broad-Band Cavity-Enhanced Absorption Spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Takeru Sato, Mitsunori Araki, Takahiro Oyama, Shoma Hoshino, and Koichi Tsukiyama
    • 学会等名
      The 75th International Symposium on Molecular Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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