分子凝集および液滴粉砕による分子ナノクラスターの気相合成とその物性解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14740332
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 三井 正明 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (90333038)
• Keywords: ナノクラスター / アセトニトリル / ナフタレン / 光電子分光 / 溶媒和電子 / 負イオン / 固-液相転移

Research Abstract

本年度は、最も代表的な極性有機溶媒であるアセトニリルと、最も基本的な"室温で固体"の芳香族分子であるナフタレンのナノクラスターを気相中に生成し、それらのナノクラスター中における余剰電子の存在状態を調べた。以下にそれぞれの研究成果の概要を述べる。
1)アセトニトリルナノクラスター負イオン:(CH_3CN)_n^-における溶媒和電子とラジカルダイマーアニオン状態の共存の発見
アセトニトリルのナノクラスター中における余剰電子の状態を負イオン光電子分光法により調べた。その結果、n【less than or equal】10では、アセトニトリル分子集団が協奏的に余剰電子を捕捉した状態、即ち溶媒和電子状態のみが生成することがわかった。ところがn【greater than or equal】11では、アセトニトリル2分子が余剰電子と反応して生成したダイマーアニオンが溶媒和電子状態とともに生成していることが確認された。これらの異なる性質を有する二つの状態はn【greater than or equal】100においても共存していることが確認され、アセトニトリルナノクラスターでは溶媒和電子とダイマーアニオン状態の二つの状態が安定に、かつ特異的に共存することが明らかになった。
2)負イオン光電子分光法によるナフタレンナノクラスターにおける固-液相転移の観測
気相中に2量体から200量体を超えるサイズのナフタレンナノクラスター負イオンを多量に生成することに成功し、それらの光電子スペクトルを観測した。サイズ増大にともなう光電子スペクトルの一連の変化から、60量体付近までは、ナフタレンクラスターは液体的な状態、60-150量体では固体状態-液体状態が共存した状態、それ以上のサイズでは固体的な状態をとっていることが明らかになった。このような一連のナノクラスターの相変化は、分子ナノ集合系に特有の過程と考えられ、今後、分子ナノ集合系の状態を知る(液体的な状態なのか?あるいは固体的な状態なのか?)上で、重要な基礎的指針を与えることが期待される。

Research Products

• [Publications] Masaaki Mitsui, Atsushi Nakajima, Koji Kaya: "Negative ion photoelectron spectroscopy of (benzene)_n^-(n=53-124)and (toluene)_n^(n=33-139):solvation energetics of an excess electron in size-selected aromatic hydrocarbon nanoclusters"Journal of Chemical Physics. 117. 9740-9749 (2002)