【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】17K14433 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

気相クラスター / 気相反応 / 反応機構 / 幾何構造 / 質量分析 / イオン移動度分析 / クラスター / 反応性 / 速度定数 / 衝突誘起解離 / 昇温脱離 / 赤外分光 / 物理化学 / 化学反応

【研究成果の概要】

金属や金属酸化物の気相クラスターを研究対象とし、熱的条件下における気体分子との反応について実験及び理論計算により研究した。真空装置内でレーザー蒸発法によりクラスターを生成し、反応セル内で気体分子と反応させた後、気相昇温脱離法やイオン移動度質量分析法を用いた測定を行った。これにより、特にクラスター上に付加した気体分子について、結合の強さ(エネルギー)や付加形態(幾何構造)についての情報が得られる。実験と並行して量子化学計算を行い、クラスターと分子が反応した際の具体的な構造について検討した。

【研究の社会的意義】

金属や金属酸化物の気相クラスターは触媒反応のモデル系として研究される。従来の実験研究はクラスターが真空中に孤立した断熱条件での反応研究が主であったが、これは実際の触媒反応の環境とは大きく異なる。本研究では、反応で生成したエネルギーが速やかに拡散して熱平衡に達するような熱的条件下での反応実験を展開することで、よりリアルなモデル系として気相クラスターを扱う研究を行った。また、気相クラスターの反応機構について、これまでは理論計算に頼る研究が多く為されてきたが、本研究では実験科学的に反応過程のエネルギーや構造の情報を取得する手法を進展させた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】06453016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アクリロニトリル クラスター / 重合反応 / 表面衝突 / くさび効果 / 金属クラスター / 液体分子線 / プロトン移動反応 / アセタール化反応 / 遷移金属クラスター / 光電子スペクトル / 光吸収スペクトル / DV-Xα法 / 化学反応 / アセタール化 / プロトン移動 / クラスター / クラスター内反応 / 質量分析 / 光解離 / 光電子分光 / 振動スペクトル / 衝突誘起解離

【研究成果の概要】

本研究は、クラスターあるいはそのイオンが関与する反応過程の特徴を解明し、クラスター特有の反応を開発することを主な目的として行なわれた。まず、気相中に孤立したクラスター内における反応の特徴と、クラスターを構成する原子・分子の数(クラスターサイズ)によるその変化についての研究を行なった。アクリロニトリルクラスターの負イオン重合がその例である。また、クラスターの反応選択性がクラスターの全体振動励起によって変化することをNa^+_9の衝突解離反応の研究で見出した。一方、I^-_2(CO_2)_nがシリコン表面に衝突したとき、クラスター内の温度と圧力が瞬時に上昇し、特異な反応が起こることを明らかにした。CO_2分子がくさびのようにはたらきI^-_2結合を切断する。これらの反応はクラスターの幾何学的構造や電子構造と強く結びついているため、そのような情報を得る必要がある。そこで光電子分光法や超高感度光吸収分光法を用いて、反応性の見地から重要であると考えられている遷移金属クラスターの幾何学構造と電子構造を求めた。一方、液体表面におけるクラスターイオンの生成や反応あるいは真空への放出といった現象も特徴ある反応として注目される。本研究では、我々が開発した真空中の連続液体流(液体分子線)に紫外レーザーを照射し、液体分子線表面から放出されるイオンおよび電子を検出した。具体的には、アセトフェノン-アルコール溶液表面におけるアセタール化反応、ナフタレン-アルコール溶液表面における光誘起プロトン移動反応について研究した。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1994 - 1995

【配分額】7,400千円 (直接経費: 7,400千円)