研究課題
大気中の光化学反応やプラズマ中での反応を含む種々の化学反応では、光や電子との衝突で誘起された分子の結合開裂によりラジカル等の解離種が生成し、それらが連鎖反応の担い手となっている。本研究では、分子内電子運動の観点からこれら化学種が示す高い化学活性や反応の位置選択性の起源を明らかにすることを目指し、分子軌道形状を可視化する電子運動量分光（EMS）を用いた測定法の開発を進めてきた。熱解離により生成する解離化学種の分子軌道イメージングを実現すべく製作した高温ノズルを用い、エタノールを対象に実験を行った。試料分子を630 Kまで加熱したところ、運動量空間波動関数の二乗振幅である電子運動量分布が室温での結果に比べて変化していた。これは、分子振動の励起により核変位が増大し、分子軌道の形状が平衡核配置での形から大きく歪んだことを示唆している。そこで、振動励起の影響を考慮した理論計算を行ったところ実験結果を説明することができ、振動励起が電子波動関数形状へ与える影響をとらえたことが実証された。振動励起に応じた分子軌道形状の歪みの観測には、先行して行ったジメチルエーテルに対する実験でも成功しており、結果を論文として報告している。さらにノズル温度を上げ、試料温度980 Kで測定を行ったところ、実験結果に劇的な変化が現れた。この大きな温度効果は、エタノールの振動励起だけでは説明できない。解析の結果、熱解離で生成した化学種の信号をとらえたことが明らかとなった。一般に解離化学種は高い内部エネルギーを持ち、高振動励起状態にある。得られたEMSデータには、試料加熱では到達できない高い振動励起状態において電子波動関数が核運動より受ける影響に関する情報が含まれており、現在より進んだ解析を進めている。本手法を用い、今後は、短寿命な高活性ラジカルを生成する解離反応を対象とした測定を行う予定である。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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