新規2次元赤外分光法による複雑分子高次系での構造揺らぎの実時間計測

使用新型二维红外光谱方法实时测量复杂分子高阶系统的结构涨落

• 批准号: 20050019
• 负责人: 太田 薫
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20050019/
• 关键词: 2次元赤外分光法; 赤外フォトンエコー法; 複雑分子高次系; 構造揺らぎ; 溶媒和ダイナミクス

溶液中には無数の溶質、溶媒分子が存在するため、幅広い吸収や発光スペクトルから揺らぎなどのダイナミクスについての詳細な情報を得ることは困難である。本研究では、非常に速い時間領域での分子高次系の構造揺らぎを調べるために、ポンプ-プローブ法をベースとした2次元赤外分光法の計測系を構築した。さらに、電子基底状態だけではなく、電子励起状態での溶質-溶媒間水素結合の生成と解離に伴う揺らぎについての検討を行った。1. ポンプ-プローブ法をベースとした2次元赤外分光法の測定系を構築した。実験結果から、これまでの非同軸入射配置のフォトンエコー法に比べて、2次元赤外スペクトルを短時間で測定できることがわかった。しかし、遷移双極子モーメントの小さな系に適用するためには装置をさらに先鋭化する必要がある。光源の最適化と測定系の改善を行い、測定感度を大幅に向上させることができた。2. 我々はこれまで、溶液中での構造揺らぎが溶質分子の電荷分布や振動モードの性質によってどのように支配されているかを検証するため、プロトン性、非プロトン性極性溶媒中でのN_3^-の反対称伸縮振動モードに対して実験を行い、SCN^-での結果と比較してきた。こうした揺らぎの要因をさらに調べるため、赤外フォトンエコー法により、振動数の揺らぎの相関関数の温度依存性を計測した。その結果、揺らぎの相関関数の減衰の時定数に大きな温度依存性は見られず、溶媒分子の回転運動の寄与が小さいことがわかった。3. 電子励起状態での分子間水素結合ダイナミクスについて知見を得るため、メタノールーd_4中でのフルオレノンを対象に、紫外ポンプ-赤外プローブ法により、過渡吸収スペクトルを測定した。ここではC=0伸縮振動モードの振動スペクトル変化に着目した。実験結果から、電子励起状態での水素結合ダイナミクスが10-50psの時間スケールで起こっていることがわかった。

由于溶液中存在无数的溶质和溶剂分子，因此很难从大范围的吸收和发射光谱中获得有关动力学的详细信息，例如波动。在本研究中，我们构建了基于泵浦探针方法的二维红外光谱测量系统，以研究高阶分子系统在极快时域内的结构涨落。此外，我们不仅在电子基态而且在电子激发态研究了与溶质-溶剂氢键的形成和解离相关的波动。 1.构建了基于泵浦探针法的二维红外光谱测量系统。实验结果表明，与使用非同轴入射布置的传统光子回波方法相比，可以在更短的时间内测量二维红外光谱。然而，为了将其应用于小过渡偶极矩的系统，需要进一步完善该装置。通过优化光源和改进测量系统，我们能够显着提高测量灵敏度。 2. 为了验证溶质分子的电荷分布和振动模式性质如何控制溶液中的结构波动，我们研究了质子和非质子极性溶剂中的N_3^，我们对-和的反对称伸缩振动模式进行了实验。将结果与 SCN^- 进行比较。为了进一步研究这些波动的原因，我们使用红外光子回波方法测量了频率波动的相关函数的温度依赖性。结果，波动相关函数的衰减时间常数没有观察到显着的温度依赖性，并且发现溶剂分子的旋转运动的贡献很小。 3. 为了了解电子激发态下分子间氢键动力学，我们采用紫外泵-红外探针法测量了芴酮在甲醇d_4中的瞬态吸收光谱。在这里，我们重点关注C=0伸缩振动模式的振动谱变化。实验结果表明，电子激发态的氢键动力学发生在10-50 ps的时间尺度上。

项目成果

ポンプープローブ法をべ一スとした2次元赤外分光法による溶液中での構造揺らぎの計測

基于泵浦探针法的二维红外光谱测量溶液中的结构涨落

• 发表时间: 2009
• 作者: Horiuchi;Y.;Ohmae;E.;^*Tate;S.;^*Gekko;K;太田薫
• 通讯作者: 太田薫

赤外フォトンエコー法による溶液中での構造揺らぎの計測

采用红外光子回波法测量溶液中的结构波动

• 发表时间: 2008
• 作者: Motohiro Banno;Motohiro Banno;太田薫
• 通讯作者: 太田薫

Vibrational Dynamics of Simple Ions in Solution Studied by Ultrafast Nonlinear Infrared Spectroscopy

超快非线性红外光谱研究溶液中简单离子的振动动力学

• 发表时间: 2009
• 作者: Matsuo;K.;Watanabe;H.;Tate;S.;Tachibana;H.;^*Gekko;K;Kaoru Ohta
• 通讯作者: Kaoru Ohta

Vibrational Dynamics of Small Ions in Solution Probed With Ultrafast Nonlinear Infrared Spectroscopy

用超快非线性红外光谱探测溶液中小离子的振动动力学

• 发表时间: 2009
• 作者: Matsuo;K.;Watanabe;H.;Tate;S.;Tachibana;H.;^*Gekko;K;Kaoru Ohta;Kaoru Ohta
• 通讯作者: Kaoru Ohta

Vibrational Dynamics of Benzoic Acid in Nonpolar Solvents Studied by Subpicosecond Infrared Pump-Probe Spectroscopy

亚皮秒红外泵浦探针光谱研究苯甲酸在非极性溶剂中的振动动力学

• 发表时间: 2008
• 期刊: Chemical Physics Letters 462
• 作者: M.Esboui;et al.;Sayuri Yamaguchi
• 通讯作者: Sayuri Yamaguchi