Do structural fluctuations and structural changes occur in microscopic hydrogen bond networks at cold condition?

寒冷条件下微观氢键网络是否会发生结构波动和结构变化？

基本信息

批准号：
22K05041
负责人：
石川春樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kitasato University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，極低温における微視的水素結合ネットワークの構造変化の詳細を分光学的に明らかにし，極低温で構造揺らぎに対する知見を得ることを目的としている。令和4年度は，フェノールカチオンを6個の水分子が取り囲んだ1:6水和フェノールカチオンを対象とし，数10 Kの極低温領域で，以下の実験を行った。(1) 異なる水素結合構造をもつ異性体の相対分布の詳細な温度変化の測定：1:6水和フェノールカチオンの紫外スペクトルを測定したところ，40 K程度までの冷却では量子化学計算に基づいた統計的予測に従う温度変化を示したが，それ以下の冷却になると，異性化の速度を冷却の速度が上回り，準安定状態に捕捉されていることが示唆された。(2) 赤外分光を用いた異性体の水素結合構造の解明：赤外-紫外二重共鳴分光法を用いて1:6水和フェノールカチオンの自由OH伸縮振動領域の赤外スペクトルを測定した。過去の研究例を参考に，各異性体の水素結合形式を明らかにした。理論計算で予想される最安定構造のほかに，エネルギーの高い異性体が帰属された。(3) 赤外励起による異性化の観測：赤外光の照射による紫外スペクトルの相対強度の変化が確認された。これは，赤外光を吸収した異性体が赤外光のエネルギーを用いて異性化を起こしていることを示すものである。以上の実験の結果から，1:6水和フェノールカチオンの冷却過程における水素結合形式の変化に関する情報を得ることができた。これらの結果を基に実験，議論を進めることで，極低温下での異性化つまり水素結合構造の変化について，異性化障壁の高さや異性化の速度などの詳細な知見につながる可能性が得られたと考えている。

这项研究旨在从极端低温的温度下阐明微观氢键网络的结构变化的细节，并在极度低温的温度下深入了解结构波动。在2022财年，在几十K的低温区域进行了以下实验，靶向1：6的水合酚阳离子，周围是六个水分子。 (1) Detailed measurement of temperature change in the relative distribution of isomers with different hydrogen bond structures: Measurement of the ultraviolet spectrum of 1:6 hydrated phenol cations showed temperature changes according to statistical predictions based on quantum chemical calculations when cooling to about 40 K, but when cooling below that point, the rate of cooling exceeds the rate of isomerization, suggesting that the temperature is captured in a metastable state. （2）使用红外光谱阐明异构体的氢键结构：使用红外 - 硫化双谐振光谱光谱法测量了自由OH拉伸振动区的1：6水合苯酚阳离子的红外光谱。使用过去的研究示例，阐明了每种异构体的氢键格式。除了理论计算中预期的最稳定结构外，还分配了高能量异构体。（3）观察红外激发引起的异构化：确认了由于红外光照射引起的紫外线光谱的相对强度的变化。这表明吸收红外光的异构体使用红外光的能量来异构化。从上述实验的结果中，获得了有关在1：6水合酚阳离子的冷却过程中氢键形式变化的信息。基于这些结果，我们认为，通过继续实验和讨论，可以提供有关异构化的详细知识，即在极低温度下的氢键结构的变化，包括详细的知识，例如异构化障碍的高度和异构化速率。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dynamical behavior of hydrogen-bonded phenol cations in the cold ion trap

冷离子阱中氢键酚阳离子的动力学行为

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yoshimi Oka;Katsuya Inoue;岡芳美，井上克也;Haruki ISHIKAWA
通讯作者：
Haruki ISHIKAWA

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通讯作者：
森本耕三,長谷川直樹,泉清彦,南宮湖,内村和弘,星野仁彦,倉島篤行,速永淳,渋谷俊介,霜島正浩,阿戸学,御手洗聡