水素結合クラスターの振動緩和の直接観測のためのピコ秒赤外一紫外二重共鳴法の開発

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10440165
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 江幡 孝之 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70142924)
• 研究分担者: 藤井 朱鳥 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50218963) ; 三上 直彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70004447)
• キーワード: 水素結合 / クラスター / ピコ秒分光 / 赤外-紫外二重共鳴分光 / 振動緩和 / 超音速分子線

研究概要

平成10、11年度で、備品で購入した20ピコ秒Nd:YAGレーザーをもとに波長可変のピコ秒赤外、紫外光発生に成功した。まず基本波(1.064μm)をしLiNb0_3結晶に照射し、パラメトリック発生により3μm領域の波長可変赤外ピコ秒レーザー光を発生させ、エネルギー分解能10cm^<-1>、パルスエネルギー100μJの出力を得た。一方三倍波(355 nm)をパラメトリック発生により420nm〜680nm領域の波長可変可視に変換し、回折格子による波長選択を用いて、エネルギー分解能を6cm^<-1>の半値幅に峡帯域化した。発生した可視光をさらに二倍波に変換し、210nm 〜340nmの紫外ピコ秒パルス光を得た。紫外パルス出力エネルギーは50〜100μJであった。得られたピコ秒パルス光を、光学遅延回路を通して超音速分子線中の分子クラスターに照射し赤外励起、紫外光モニターのポンププローブ実験を行った。現在までのところ、ベンゼンのCH伸縮振動、およびフェノールとその水素結合クラスターのOH伸縮振動の観測と緩和の測定に成功し、それぞれの振動緩和速度を求めた。また、超音速分子線中のさまざまな芳香族分子(ナフトール、ベンゾニトリル、ピリドン、サリチル酸メチル、ベンジルアルコール)と水分子やアルコール分子との水素結合クラスターのOH伸縮振動の赤外-紫外二重共鳴振動分光を行い、量子力学計算を併用してクラスターの構造決定を行い、水素結合構造を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Takayuki Ebata: "Mode-dependent anharmonic coupling between OH stretching and intermolecular vibrations of the hydrogen-bonded clusters of phenol"Chem.Phys.. 231. 199-204 (1998)
• [文献書誌] Takayuki Ebata: "Vibrational spectroscopy of small-sized hydrogen-bonded clusters and their ions"Int.Rev.Phys.Chem.. 17. 331-361 (1998)
• [文献書誌] Yoshiteru Matsumoto: "Characterization of hydrogen-bond structures of 2-naphthol-(H_20)_n。(n=0-3 and 5)clusters by IR-UV double-resonance spectroscopy"J.Chem.Phys.. 109. 6303-6331 (1998)
• [文献書誌] Takayuki Ebata: "Discrimination of s-cis/s-trans conformers of jet-cooled methyl cinnamate by population labelling spectroscopy"Res.Chem.Intermediates. 24. 803-812 (1998)
• [文献書誌] Akira Mitsuzuka: "Infrared spectroscopy of intramolecular hydrogen-bonded OH stretching vibrations in jet-cooled methyl salicylate and its cluster"J.Chem.Phys.. A102. 9779-8784 (1998)
• [文献書誌] Asuka Fujii: "A new type of intramolecular hydrogen-bonding:hydroxyl-methyl in the o-cresolcation"J.Am.Chem.Soc.. 120. 13256-13257 (1998)
• [文献書誌] Eiji Fujimaki: "Autoionization-detected infrared spectroscopy of intramolecular hydrogen bonds in aromatic cations.I Principle and application to fluorophenol and methoxylphenol"J.Chem.Phys.. 110. 4238-4247 (1999)
• [文献書誌] Yoshiteru Matsuda: "Vibrational spectroscopy of 2-pyridone and its clusters in supersonic jest: Structures of the clusters as revealed by charactenstic shifts of the NH and C=O bands"J.Chem.Phys.. 110. 8397-8407 (1999)
• [文献書誌] Seiichi Ishikawa: "Structures and vibrational relaxations of size-selected benzonitrile-(H_20)_<n=1->and-(CH_3OH)_<n=1-3> clusters studied by florescence detected Raman and infrared spectroscopies"J.Chem.Phys.. 110. 9504-9515 (1999)
• [文献書誌] Nikhil Guchhait: "Discrimination of rotamers of aryi alcohol homologues by IR-UV double resonance spectroscopy in supersonic jet"J.Am.Chem.Soc. 121. 5705-5711 (1999)
• [文献書誌] Asuka Fujii: "Autoionization-detected infrared spectroscopy of jet-cooled aromatic cations in the gas Phase: CH stretching vibrations of isolated p-ethylphenol cations"Chem.Phys.Lett. 303. 289-294 (1999)
• [文献書誌] Asuka Fujii: "Infrared spectroscopyof the phenol-N_2 cluster in S_0 and D_0: Direct evidence of the in-plane structure of the cluster"J.Chem.Phys.. 110. 11125-11128 (1999)
• [文献書誌] Nikhil Guchhait: "Structures of hydrogen-bonded clusters of benzyl alcohol with water investigated by IR-UV double resonance spectroscopy in supersonic jet"J.Chem.Phys.. 111. 8438-8447 (1999)
• [文献書誌] Ryouske Yamamoto: "Study of vibrational spectra and relaxation of benzonitrile and its clusters by time-resolved stimulated Raman-UV double resonance spectroscopy"J.Raman Spectrosc. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] Yoshiteru Matsumoto: "Structures and vibrations of 2-naphthol-(NH_3)_n(n=1-3)hydrogen-bonded clusters investigated by IR-UV double resonancespectroscopy"J.molec.Struct. (印刷中). (2000)