フェムト秒分光法を用いたクラスター内溶媒和ダイナミックスの研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11304042
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 富宅 喜代一 神戸大学, 理学部, 教授 (00111766)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高須 良三 日本学術振興会, 特別研究員(PD) ; 野々瀬 真司 神戸大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (70212131)
• Keywords: アルカリ金属原子 / 水和クラスター / 溶媒和過程 / フェムト秒レーザー分光 / 電子移動過程 / 溶媒和電子 / エレクトロスプレー型質量分析器 / レーザー光電子分光法

Research Abstract

1.アルカリ金属原子を含む溶媒和クラスターは、溶媒和電子の生成素過程を段階的に捉えるという点で興味深い。本研究では、金属原子から溶媒分子への電子移動の機構とダイナミックスを解明するため、Li(H_2O)_nクラスター(n≦20)の電子スペクトルを光解離分光法を用いて検討した。この結果、n≦4のクラスターではLi原子(^2P-^2S)に由来する電子遷移が大きく低エネルギーシフトし、逆にn≧5では高エネルギーシフトが始まるとともに、バルクの水和電子の吸収スペクトル(1.79eV)に収束していくことが実証された。これらの結果より、バルクに類似した二中心のイオン対状態が比較的小さなクラスター内で生成することが明らかになった。溶媒への電子移動と励起状態の動的挙動の関係を調べるために、フェムト秒(fs)レーザーを用いたポンプープローブ実験を行い、1:1錯体の励起状態で100ps以下の非常に速い失活が起こることを見出した。
2.溶媒分子の配向緩和過程を実時間で調べるため、ドイツ、マックスボルン研究所のI.V.Hertel教授らのグループと共同でNa(H_2O)_nクラスターのfs秒レーザー光イオン化実験を行った。この過程をさらに詳しく検討するために、同レーザーを用いた二段光電子分光実験を進めている。
3.気相クラスター中での金属イオンの酸化還元反応のダイナミックスを解明するために、Mg^+(NH_3)_nの光解離分光を行い、光酸化還元反応のダイナミックスの溶媒和依存性について新たな知見を得た。
4.溶液中のイオンを質量選別してソフトに気相に取り出し光解離分光を行うため、エレクトロスプレーイオン源と二台の四重極質量フィルター、八重極イオンガイドを備えた光解離分光装置を完成させた。また、気相での電子移動反応のダイナミックスを分子レベルで検討する目的で、鉄-ポルフィリン化合物と三級アミンの錯体イオンを生成し、光誘起電子移動過程を観測した。この過程を実時間で解明するため、fsレーザーを用いた鉄-ポルフィリン錯体のポンプープローブ実験を進めている。他方、上記の装置を生体分子へ応用するために、シトクロムcのイオン生成と光解離実験を行い、鉄-ポルフィリン核の励起に伴う光誘起反応を調べた。

Research Products

• [Publications] 高須良三: "Solvation Process of Na_m in Small Ammonia Clusters : Photoelectron Spectroscopy of Na_m-(NH_3)_n (m≦3)"J.El.Sepctros.Relat.Phenom.. 106. 127-140 (2000)
• [Publications] 吉田真治: "Photoionization and photodissociation studies of semiconductor clusters"Trans.Mat.Res.Jpn,. 25. 995-998 (2000)
• [Publications] 高須良三: "Photodissociation Spectroscopy of Li-H_2O and Li-D_2O Complexes"J.Phys.Chem. (印刷中).
• [Publications] 富宅喜代一: "Advances in metal and semiconductor clusters, Vol.5 Metal ion solvation and metal-ligand interactions"Elsevier(印刷中). (2001)
• [Publications] 大島康裕: "Electron Transfer in Chemistry"Wiley-VCH(印刷中). (2001)