単分子反応ダイナミクスの精密実空間イメージング分光法の開発

用于单分子反应动力学的精确实空间成像光谱学的发展

基本信息

批准号：
22K05042
负责人：
星野翔麻
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo University of Science
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

反応中間体や反応生成物の量子状態分布を実験的に調べることは、化学反応ダイナミクスを解明する上で最も重要である。特に反応中間体の構造情報や、反応生成物の空間分布からは、反応のメカニズムに関する直裁的な情報を引き出すことが可能である。本研究課題では、高精度・高効率な量子状態の選択的励起と、イオンイメージング法の高い空間分解能を融合させ、気相分子の単分子反応ダイナミクスの実空間観測を行うことを目的としている。2022年度は、主にイメージングシステムの構築・改良に注力した。構築した観測システムのデモンストレーションとして、臭素分子のイオン化限界よりもわずかに低エネルギー領域（~ 3000 cm-1）に存在するRydberg状態における前期解離ダイナミクスおよび、ハロゲン化アシルの紫外光誘起解離ダイナミクスを調査した。臭素分子の前期解離過程に関しては、励起したRydberg状態から電子状態の混合を通じてイオン対状態へ移り変わり、さらに核間距離の長い領域で別のRydberg状態へ移動したのちに解離するという複雑な反応機構で解離が進行することが明らかとなった。ハロゲン化アシルの紫外光誘起解離ダイナミクスに関しては、紫外光励起によって強い結合が最初に切断されたのちに弱い結合が切断されるという従来の有機反応論（Norrish I型反応）とは全く異なるメカニズムを明らかにすることができた。現在、高精度な量子化学計算を行い、従来の有機反応論との相違点を理論モデルから説明することを試みている。

通过实验研究反应中间体和反应产物的量子态分布对于阐明化学反应的动力学最为重要。特别是，可以从反应中间体的结构信息和反应产物的空间分布中提取有关反应机理的直接信息。该研究项目旨在通过将高精度、高效的量子态选择性激发与高空间分辨率的离子成像方法相结合，对气相分子的单分子反应动力学进行实空间观测。 2022财年，我们主要致力于影像系统的建设和完善。作为所构建的观测系统的演示，我们研究了里德堡态的早期解离动力学，该态存在于比溴分子电离极限稍低的能量区域（~3000 cm-1），以及紫外光诱导的解离酰卤的动力学。溴分子的早期解离过程涉及复杂的反应机制，其中激发的里德伯态通过电子态的混合转变为离子对态，然后在核距较长的区域移动到另一个里德伯态，然后解离。很明显，解离正在进展。关于酰基卤的紫外光诱导解离动力学，我们揭示了一种与传统有机反应理论（诺里什I型反应）完全不同的机制，其中强键先断裂，然后弱键在紫外光激发下断裂我能够做到。目前，我们正在进行高精度的量子化学计算，并试图用理论模型来解释与传统有机反应理论的差异。