大気中で起こる界面反応の本質的理解に向けた実験的研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01154
• 研究機関: 国立研究開発法人国立環境研究所
• 研究代表者: 江波 進一 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境計測研究センター, 主任研究員 (00589385)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: エアロゾル / エイジング / 毒性 / 界面 / 表面 / 液相 / フェントン / オゾン

研究実績の概要

大気エアロゾルが関与する反応には界面反応とバルク（液中）反応が混在しており、これまでの研究ではそれぞれの寄与を定量的に評価することができなかった。また界面で起こる反応とバルク中で起こる反応の違いが何に起因しているのかという物理化学的な起源に関しても、よくわかっていない。昨年度の成果として、瞬時に起こる液相反応をその場測定できる新規手法の立ち上げと実験条件の最適化などを行った。ヨウ化物イオンとオゾンの液相反応、酸塩基反応などを用いて、10マイクロ秒以内で起こる液相反応をモニターできることを確認した。また大気中で起こる界面反応と液相反応を個別に研究し、そのメカニズムを解明した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

順調に立ち上げ、実験条件の最適化を行うことができている。また本研究の予備成果として、以下の論文を発表した。
J. Qiu, Z. Liang, K. Tonokura, A. J. Colussi, S. Enami, Structure and stability of alpha-hydroxyalkyl-hydroperoxides in aqueous organic media - Relevance to the fate of hydroperoxides in aerosol particle phases, Environ. Sci. Technol., 2020, 54, 3890-3899.
S. Ishizuka, A. Matsugi, T. Hama, S. Enami, Interfacial water mediates oligomerization pathways of monoterpene carbocations, J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 67-74.
J. Qiu, S. Ishizuka, K. Tonokura, A. J. Colussi, S. Enami, Water dramatically accelerates the decomposition of alpha-hydroxyalkyl-hydroperoxides in aerosol particles, J. Phys. Chem. Lett., 2019, 10, 5748-5755.
S. Ishizuka, T. Hama, S. Enami, Acid-catalyzed oligomerization at the air-water interface modified by competitive adsorption of surfactants, J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 21662-21669.
J. Qiu, S. Ishizuka, K. Tonokura, K. Sato, S. Inomata, S. Enami, Effects of pH on interfacial ozonolysis of alpha-terpineol, J. Phys. Chem. A, 2019, 123, 7148-7155.

今後の研究の推進方策

実際の大気化学反応I- + O3やFe2+ + O3に応用し、界面vs液中反応機構の違いを研究する。

研究成果

• [国際共同研究] Caltech(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Caltech
• [雑誌論文] Stability of Monoterpene-Derived α-Hydroxyalkyl-Hydroperoxides in Aqueous Organic Media: Relevance to the Fate of Hydroperoxides in Aerosol Particle Phases (2020)
  • 著者名/発表者名: Qiu Junting、Liang Zhancong、Tonokura Kenichi、Colussi Agustin J.、Enami Shinichi
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 54 ページ: 3890～3899
  • DOI: 10.1021/acs.est.9b07497
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of pH on Interfacial Ozonolysis of α-Terpineol (2019)
  • 著者名/発表者名: Qiu Junting、Ishizuka Shinnosuke、Tonokura Kenichi、Sato Kei、Inomata Satoshi、Enami Shinichi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 123 ページ: 7148～7155
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.9b05434
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Acid-Catalyzed Oligomerization at the Air-Water Interface Modified by Competitive Adsorption of Surfactants (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka Shinnosuke、Hama Tetsuya、Enami Shinichi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 123 ページ: 21662～21669
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b07380
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comment on “The chemical reactions in electrosprays of water do not always correspond to those at the pristine air-water interface” by A. Gallo Jr, A. S. F. Farinha, M. Dinis, A.-H. Emwas, A. Santana, R. J. Nielsen, W. A. Goddard III and H. Mishra, Chem. Sci., 2019, 10, 2566 (2019)
  • 著者名/発表者名: Colussi Agustin J.、Enami Shinichi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 10 ページ: 8253～8255
  • DOI: 10.1039/c9sc00991d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Water Dramatically Accelerates the Decomposition of α-Hydroxyalkyl-Hydroperoxides in Aerosol Particles (2019)
  • 著者名/発表者名: Qiu Junting、Ishizuka Shinnosuke、Tonokura Kenichi、Colussi Agustin J.、Enami Shinichi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 10 ページ: 5748～5755
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b01953
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interfacial Water Mediates Oligomerization Pathways of Monoterpene Carbocations (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka Shinnosuke、Matsugi Akira、Hama Tetsuya、Enami Shinichi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 11 ページ: 67～74
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b03110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 空気―水の境界相で起こるラジカル反応のメカニズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 江波進一
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第40回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Fates of terpene alpha-hydroxyalkyl-hydroperoxides in aqueous aerosol (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Enami
  • 学会等名: 5th International Workshop on Heterogeneous Kinetics Related to Atmospheric Aerosols
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interface-specific reaction pathways of monoterpene carbocations (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ishizuka, A. Matsugi, T. Hama, S. Enami
  • 学会等名: 35th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] エアロゾル中のテルペン由来過酸化物の分解メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 江波進一, 邱鈞霆, 戸野倉賢一
  • 学会等名: 第24回大気化学討論会
• [学会発表] Microhydration Mediates Cationic Polymerization at the Air-Water Interface (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ishizuka, A. Matsugi, T. Hama, S. Enami
  • 学会等名: 第68回高分子討論会
• [学会発表] 大気圏マルチフェーズ化学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 江波進一
  • 学会等名: 京都大学生存圏研究所大気圏セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Surfactant effects on acid-catalyzed reactions at aqueous aerosol surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Ishizuka, T. Hama, S. Enami
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2019年大会