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2022 年度 実績報告書

透過電子顕微鏡を用いた直接観察による有機反応機構の決定

研究課題

研究課題/領域番号 20J22087
研究機関東京大学

研究代表者

劉 東欣  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2023-03-31
キーワード有機結晶 / 速度論的解析 / 振動励起 / 重水素化 / コロネン / 透過電子顕微鏡
研究実績の概要

電子線は有機・無機物質のナノ世界を探索するための強力なプローブであり,透過電子顕微鏡(TEM)や電子回折(ED)に活用されている.昨今の試料作製やデータ収集,画像処理の進歩に伴って日々TEMやEDの応用可能性は進歩しており,現在当該手法の応用を制限しているのは電子線と試料間の相互作用そのものである.これまでに見出された電子線による振動励起が誘起する分子無秩序化やモデル系において見出された複雑な分子活性化経路のような個々現象を踏まえ,より応用的観点から関心の持たれる結晶のような複雑な系に対して電子線と分子との相互作用が引き起こす物理化学現象の解析が待たれている.
今年度はTEMによる原子分解能直接観察を活用して電子線の誘起する有機結晶の結晶構造喪失という一連の過程に対する単分子速度論解析を行った.具体的には,60-200 kVの加速電圧において電子線照射下カーボンナノチューブ(CNT)内におけるコロネン(C24H12)1次元結晶崩壊過程を対象とし,観察を通じて結晶崩壊の後期過程において再現よくコロネンのV字体生成を伴う二量化反応の進行を見出した.この二量化反応に対して速度論的解析を行い,アレニウスプロットによって活性化エネルギー(Ea)と頻度因子(pre-exponential factor, PEF)を得た.得られた結果はEa及びPEFが加速電圧と比例関係にあることを示した.特にEaと加速電圧との相関は以前報告したC60分子間の二量化反応の場合には観測されなかったものであり,二量化反応が加速電圧に依存した振動励起状態を経て進行していることを示唆した.同様の傾向はコロネンの代わりに重水素化コロネン(C24D12)を用いた場合にも観測され,加速電圧によるEaとPEFの変遷はコロネン及び重水素化コロネン分子の振動励起状態制御が可能であることを示唆した.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Excited state modulation of C70 dimerization in a carbon nanotube under a variable electron acceleration voltage2022

    • 著者名/発表者名
      Liu Dongxin, Lungerich Dominik, Nakamuro Takayuki, Harano Koji, Nakamura Eiichi
    • 雑誌名

      Micron

      巻: 160 ページ: 103316~103316

    • DOI

      10.1016/j.micron.2022.103316

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Bottom-up Measurement of Entropy of Fusion through Single-Unit-Cell Kinetic Study2023

    • 著者名/発表者名
      Dongxin Liu, Takayuki Nakamuro, Koji Harano, Eiichi Nakamura
    • 学会等名
      日本化学会 第103回春季年会
  • [学会発表] 局所的結晶融解現象によって引き起こされる電子回折像の劣化機構2022

    • 著者名/発表者名
      劉東欣,中室貴幸,原野幸治,中村栄一
    • 学会等名
      電子顕微鏡学会 第78回学術講演会
  • [学会発表] Mechanism of thermally-forbidden [2 + 2] cycloaddition of fullerenes revealed by single-molecule kinetic study using transmission electron microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Dongxin Liu, Satori Kowashi, Takayuki Nakamuro, Dominik Lungerich, Kaoru Yamanouchi, Koji Harano, Eiichi Nakamura
    • 学会等名
      25th IUPAC International Conference on Physical Organic Chemistry (ICPOC 25)
    • 国際学会
  • [学会発表] 単分子速度論的解析が明らかにするナノフラスコ中の化学反応機構2022

    • 著者名/発表者名
      劉東欣,小鷲智理,中室貴幸,Dominik Lungerich,山内薫,原野幸治,中村栄一
    • 学会等名
      第32回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] Non-thermal measurement of melting entropy of molecular crystals2022

    • 著者名/発表者名
      劉東欣,中室貴幸,原野幸治,中村栄一
    • 学会等名
      第12回サブウェイセミナー

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公開日: 2023-12-25  

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