量子性媒体中における純トンネル化学反応の分光学的研究

量子介质中纯隧道化学反应的光谱研究

• 批准号: 00J03587
• 负责人: 保科 宏道
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J03587/
• 关键词: 量子固体; 固体水素; トンネル化学反応; メタン; メチルラジカル; 極低温; 反応速度

本研究の目的は、極低温量子固体である固体パラ水素中で、ラジカルとその周囲の水素分子とのX+H_2→XH+H型純トンネル反応を実験的に追跡することである。これまでメチルラジカルとその重水素置換体(CH_3,CH_2D, CHD_2,CD_3)が関与する反応について、その詳細な観測を行ってきた。ヨウ化メチルの光解離によって生成したメチルラジカルは、5Kという極低温環境下でも、周囲の水素分子と反応してメタンを生成することを見出している。しかし、実際には光解離の過程で生じるヨウ素原子や、観測に使われる分光用光源の影響などのため、反応が複雑になり純トンネル効果の反応速度定数を正確に求めることが難しかった。そこで今年度は、測定時に光学フィルターを用いて反応に影響を及ぼすと思われる赤外光を排除するなど、様々な実験条件のもとで測定を行った。さらに得られたデータに対してシミュレーション計算を行うことで、純粋にトンネル効果のみによる反応速度を求めることに成功した。その結果、ラジカルの重水素置換によって反応速度が大きく変化することが明確になった。重水素置換することによる化学反応ポテンシャルの変化がほとんど無いことから、トンネル化学反応における速度を決定する要素として、始、終状態の振動回転エネルギーレベルの共鳴の大きさが重要であると結論した。

本研究的目的是通过实验追踪超冷量子固体固体仲氢中自由基与周围氢分子之间的X+H_2→XH+H型纯隧道反应。到目前为止，我们已经对涉及甲基自由基及其氘代衍生物（CH_3、CH_2D、CHD_2、CD_3）的反应进行了详细观察。研究发现，即使在5K的极低温环境下，碘甲烷光解产生的甲基自由基也会与周围的氢分子反应生成甲烷。然而，实际上，由于光解过程中产生的碘原子以及用于观察的光谱光源的影响，该反应变得复杂，因此很难准确确定纯隧道效应的反应速率常数。因此，今年我们在各种实验条件下进行了测量，包括在测量过程中使用滤光片来排除可能影响反应的红外光。此外，通过对获得的数据进行模拟计算，他们成功地确定了纯粹由隧道效应引起的反应速率。结果表明，反应速率根据自由基的氘取代而显着变化。由于氘取代导致化学反应势几乎没有变化，因此得出结论，初始状态和最终状态的振动旋转能级的共振大小作为决定隧道化学反应速度的重要因素。