巨大サイズ水和クラスターの赤外分光による大規模溶媒和構造の解明

通过大尺寸水合簇的红外光谱阐明大尺寸溶剂化结构

基本信息

批准号：
08J05015
负责人：
水瀬賢太
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は数十から数百の水分子がつくる、大規模な水素結合ネットワークに対して分光実験を成功させ、そのスペクトルから構造を考察、解明することを目的としている。平成22年度の研究では、最終目的としていた巨大サイズプロトン付加水クラスター200量体までの赤外分光実験に成功し、水分子の配位数やネットワークの環構造という観点からネットワーク構造の描像を考察した。この成果は、水のネットワーク構造という、極めて身近かつ重要な課題に対し、これまでになかった切り口からの情報を与えるものである。また、数百分子からなるきわめて複雑な系においても、分子レベルの構造情報を引き出せることを示した点は大きなbreakthroughであり、ボトムアップ的分子科学における重要な意義がある。さらに、水の取りえる多様なネットワーク構造それぞれの存在比がどのように変わっていくか、また、高エネルギーの光子や粒子の入射によって水のネットワークがどう変わるかといった問題に、10分子程度からなる水クラスターを対象とした赤外分光からアプローチした。それにより、2つの異性体が存在する系において、希ガス付加のような微弱な摂動のみでも両者の存在比は大きくことなることを観測した。また、ラジカルカチオン状態の水クラスター内において、OHラジカルが生成され、それが正電荷から乖離していくことを解明した。特に後者の結果は、放射線治療や核施設での冷却水の反応といった重要な応用を含む、「水中の放射線科学」の詳細な理解につながると期待される。

本研究的目的是成功地对由数十至数百个水分子形成的大规模氢键网络进行光谱实验，并从光谱中检查和阐明其结构。在2010年的研究中，我们成功地对达到200 mer的大尺寸质子化水团簇进行了红外光谱实验，这是我们的最终目标，并从水分子的配位数和配位数的角度审视了网络结构的图景。网络的环形结构。这一结果从前所未有的角度为极其熟悉且重要的水网结构问题提供了信息。此外，这是一项重大突破，证明即使从由数百个分子组成的极其复杂的系统中也可以提取分子水平的结构信息，在自下而上的分子科学中具有重要意义。此外，我们正在研究水可以吸收的各种网络结构的丰度比如何变化，以及水网络如何因高能光子和粒子的入射而变化。我们使用红外光谱来研究水团簇。结果，我们观察到，在存在两种异构体的系统中，即使是微弱的扰动（例如添加稀有气体）也会导致两种异构体的丰度比出现很大差异。我们还发现，OH自由基在自由基阳离子状态的水簇内产生，并且它们与正电荷解离。后者的结果尤其有望带来对“水下辐射科学”的详细了解，包括放射治疗和核设施冷却水反应等重要应用。