フェムト秒パルスラジオリシスによる極性溶媒中の電子の熱化及び溶媒和過程の研究

飞秒脉冲辐解研究极性溶剂中电子热化和溶剂化过程

• 批准号: 13J06490
• 负责人: 樋川 智洋
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J06490/
• 关键词: パルスラジオリシス; アルコール; 溶媒和電子; 溶媒和前電子; ドライ電子; フェムト秒; 放射線化学初期過程; 溶媒和過程; 熱化過程

採用最終年度となる平成27年度は、これまでの研究の取りまとめを中心に、アルコール中の電子の熱化・溶媒和過程の研究を行った。具体的に実施したことは以下のとおりである。①フェムト秒パルスラジオリシス法で得られた過渡吸収の解析手法を確立した。パルスラジオリシスシステムの時間分解能を決定する要因である、電子線およびレーザーのパルス幅、電子線とレーザーの同期ジッターおよびサンプル通過中の電子線とレーザーの速度差に起因する応答関数を組み込んだ理論曲線を用いて、実験的に得られる過渡吸収の時間変化を解析することで、フェムト秒やピコ秒で進行する現象を議論できることを証明した。②メタノール、エタノール、ブタノール、オクタノール中の溶媒和前電子の生成および減衰時間を決定した。それぞれの得られた時間については、誘電緩和時間と比較し、溶媒和前電子の生成はOH基のフリッピング運動と、溶媒和前電子の減衰は1つの溶媒分子の回転配向と関係していることを明らかにした。③前年度までに行ったニトロメタン、四塩化炭素に加え、6種の電子捕捉剤を用いて電子捕捉実験を行い、ドライ電子、溶媒和前電子および溶媒和電子の反応性を詳細に検討した。④本研究の総括として、溶媒和電子生成モデルを構築した。放射線で生成する電子は、熱化によって、ドライ電子となる。ドライ電子は水素結合ネットワーク末端のOH基に束縛されることで溶媒和前電子へと変化する。その後、溶媒和前電子から溶媒和電子に至る過程では周囲の溶媒和電子を1つ、水素結合を切断し、自身に配向させることで溶媒和電子へと至る。一方、溶媒和前電子から溶媒和電子へと変化する過程では同時に、周囲の溶媒分子が回転配向していくことで過渡吸収スペクトルが短波長側へシフトする。以上のプロセスによって溶媒和電子が生成することを示した。

2015财年，即该计划的最后一年，我们重点总结了迄今为止所做的研究，对酒精中电子的热化和溶剂化过程进行了研究。以下是具体进行的内容。 ① 建立了飞秒脉冲辐射分解法瞬态吸收的分析方法。该理论结合了电子束和激光的脉冲宽度、电子束和激光之间的同步抖动以及电子束和激光穿过样品时的速度差所产生的响应函数，这些函数为决定脉冲辐射分解系统时间分辨率的因素通过使用曲线分析实验获得的瞬态吸收的时间变化，我们证明可以讨论飞秒或皮秒级的现象。 ②测定了甲醇、乙醇、丁醇、辛醇溶剂化前电子的产生和衰变时间。对于每个获得的时间，我们将其与介电弛豫时间进行比较，结果表明预溶剂化电子的产生与 OH 基团的翻转运动有关，预溶剂化电子的衰变与一个电子的旋转方向有关。溶剂分子显露出来。 ③除了前几年使用的硝基甲烷和四氯化碳之外，我们还使用六种电子捕获剂进行了电子捕获实验，详细检查了干电子、预溶剂化电子和溶剂化电子的反应性。 ④作为本研究的总结，我们构建了溶剂化电子产生模型。辐射产生的电子通过热化变成干电子。干电子通过与氢键网络末端的 OH 基团结合而转变为非溶剂化电子。之后，在从非溶剂化电子到溶剂化电子的过程中，周围的溶剂化电子之一破坏氢键并朝向自身取向，从而产生溶剂化电子。另一方面，在从非溶剂化电子转变为溶剂化电子的过程中，周围的溶剂分子发生旋转取向，导致瞬态吸收光谱向较短波长移动。结果表明，上述过程产生了溶剂化电子。

项目成果

Pulse radiolysis using terahertz probe pulses

使用太赫兹探针脉冲进行脉冲放射分解

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Kan;J. Yang;A. Ogata;T. Kondoh;M. Gohdo;I. Nozawa;T. Toigawa;K. Norizawa;H. Kobayashi;Y. Yoshida
• 通讯作者: Y. Yoshida

Examination of the formation process of pre-solvated and solvated electron in n-alcohol using femtosecond pulse radiolysis

• DOI: 10.1016/j.radphyschem.2016.02.022
• 发表时间: 2016-06
• 期刊: Radiation Physics and Chemistry
• 影响因子: 2.9
• 作者: T. Toigawa;M. Gohdo;K. Norizawa;T. Kondoh;K. Kan;Jinfeng Yang;Y. Yoshida

Simulation study on electron beam acceleration using coherent Cherenkov radiation

相干切伦科夫辐射电子束加速仿真研究

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Kan;J. Yang;A. Ogata;T. Kondoh;M. Gohdo;I. Nozawa;T. Toigawa;K. Norizawa;Y. Yoshida;M. Hangyo;R. Kuroda;H. Toyokawa
• 通讯作者: H. Toyokawa

テラヘルツ領域のパルスラジオリシスによる半導体中準自由電子の観測

太赫兹区域脉冲辐射分解观察半导体中的准自由电子

• 发表时间: 2014
• 作者: 菅晃一;楊金峰;小方厚;近藤孝文;神戸正雄;野澤一太;樋川智洋;法澤公寛;小林仁;吉田陽一
• 通讯作者: 吉田陽一

Observation of Quasi-free Electrons Using Terahertz Pulse Radiolysis

使用太赫兹脉冲辐射分解观察准自由电子

• 发表时间: 2015
• 作者: K. Kan;J. Yang;A. Ogata;T. Kondoh;M. Gohdo;I. Nozawa;T. Toigawa;K. Norizawa;Y. Yoshida
• 通讯作者: Y. Yoshida