光熱変換分光法を用いた液液界面ナノ領域における分子集団挙動・分子間相互作用の研究

利用光热转换光谱研究液-液界面纳米区域的分子集体行为和分子间相互作用

• 批准号: 13129203
• 负责人: 沢田 嗣郎
• 金额: $ 21.82万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13129203/
• 关键词: 光熱変換; 液液界面; ナノ空間; 分子間相互作用; フェムト秒レーザー; フェトム秒レーザー

本研究では、我々が独自に開発してきた時間分解準弾性レーザー散乱(QELS)法と、フェムト秒高出力レーザーを用いた超高速界面分光法の二つの測定手法により、液液界面ナノ空間に特有な非線形反応や分子間相互作用を観測し、新しい界面物理化学を見出すことを目的とした。QELS法を用いた研究として、本年度は主に二つの研究を行った。一つは、水とニトロベンゼンの界面における非線形化学振動現象の研究である。界面でのイオンの一斉吸着現象が対流に伴うイオンの強制輸送によること、また、一旦発生した対流の減衰が振動過程の端緒となることが見出され、化学振動現象の全貌が明らかとなった。もう一つは、水とヘプタンの界面におけるAOT逆ミセルの崩壊とそれに伴う吸着過程における界面張力の異常減少効果に関する研究である。超高速蛍光分析の結果とQELS信号と比較したところ、界面が過渡的に混合された状態が見出された。液液界面が、単なる2相の境界ではなく、ナノメートルスケールで混ざりあった領域であり、しかもそれが徐々に変化することを実測した例は他に無く、極めて重要な発見と言える。超高速界面分光法に関しては、測定周波数領域の拡大と液体界面測定に向けた装置の高感度化を行った。前者については回折格子対とプリズム対を用いた光学系を導入し、これまで0-150cm^<-1>であった観測周波数領域を約2倍の0-300cm^<-1>まで拡大することに成功した。これにより、並進・回転運動に加えて水素結合などを介したメソ構造を鋭敏に反映するphonon-likeな振動運動も観測可能となった。後者については従来のポンプ-プローブ光学配置を過渡格子光学配置に改良し、装置の感度を大幅に向上させた。その結果、界面領域の分子間相互作用を議論するうえで重要な手がかりとなる光電場に対する分子の電子応答や配向変化を気/液界面において観測することにはじめて成功した。

This study で は, I 々 が に alone open 発 し て き た time breakdown quasi 弾 sex レ ー ザ ー scattered method (QELS) と, フ ェ ム ト second force higher レ ー ザ ー を with い た ultra-high speed interface spectrometry の two つ の determination technique に よ り, liquid-liquid interface ナ ノ space に な unique nonlinear inverse 応 や intermolecular interactions を 観 し, new し い interface physical chemistry を see out す こ Youdaoplaceholder0 purpose と た た. The QELS method を uses the を た to study the と て て, and this year, the <s:1> main に and <s:1> <s:1> research fields った. A study on the における non-linear chemical vibration phenomenon of the における interface between とニトロベ ゼ and water ゼ ゼ ゼ である である. Interface で の イ オ ン の a 斉 sorption phenomenon が flow seaborne に with う イ オ ン の forced conveying に よ る こ と, ま た, once 発 し た flow seaborne の damping vibration が process の clue と な る こ と が shows さ れ, chemical vibration phenomenon の whole が Ming ら か と な っ た. も う a つ は, water と ヘ プ タ ン の interface に お け る AOT reverse ミ セ ル の collapse 壊 と そ れ に with う sorption process に お け る の exception to reduce the interfacial tension of unseen fruit に masato す る research で あ る. Ultra-high-speed 蛍 の light analysis results と QELS signal と compare し た と こ ろ, interface transition が に mixed さ れ た が see out さ れ た. Liquid-liquid interface が, 単 な る の 2 phase boundary で は な く, ナ ノ メ ー ト ル ス ケ ー ル で mixed ざ り あ っ た field で あ り, し か も そ れ が xu 々 に variations change す る こ と を be measured し た example は he に く, め て important な 発 see と said え る. The ultra-high-speed interface spectrophotometry に is related to the に て て, <s:1> in the field of frequency determination, <s:1> 拡 in the measurement of large と liquid interfaces, に towards the けた device <s:1> with high sensitivity を, and った. The former に つ い て は inflexion grid と seaborne プ リ ズ ム を using seaborne い た optics を import し, こ れ ま で 0-150 - cm ^ < 1 > で あ っ た 観 を cycle for field measurement about 2 times の 0-300 - cm ^ < 1 > ま で company, big す る こ と に successful し た. こ れ に よ り, hand in hand to planning exercise に え て water element combination な ど を interface し た メ ソ tectonic に を acuity reflected す る phonon - like な vibration motion も 観 measurement may と な っ た. The latter に つ い て は 従 to の ポ ン プ - プ ロ ー ブ optical configuration を transition grating optical configuration に improved し, device の sensitivity を に sharply upward さ せ た. そ の result, interfacial area の intermolecular interactions を comment す る う え で important な hand が か り と な る photoelectric field に す seaborne る の molecular electronic 応 answer や match towards the variations を 気 / liquid interface に お い て 観 measuring す る こ と に は じ め て successful し た.

项目成果

Tetsuya Takahashi, Hiroharu Yui, Tsuguno Sawada: "Direct Observation of Dynamic Molecular Behavior at a Water/Nitrobenzene Interface in a Chemical Oscillation System"Journal of Physical Chemistry B. 106-9. 2314-2318 (2002)

Tetsuya Takahashi、Hiroharu Yui、Tsuguno Sawada：“化学振荡系统中水/硝基苯界面动态分子行为的直接观察”物理化学杂志 B. 106-9。

Hiroharu Yui, Yasuhiro Ikezoe, Tsuguo Sawada: "Chapter 3 in"Interfacial Nanochemistry (Hitoshi Watarai ed)""Kluwer Academic/Plenum. 315 (2004)

Hiroharu Yui、Yasuhiro Ikezoe、Ttsuguo Sawada：““界面纳米化学（Hitoshi Watarai ed）”中的第 3 章“Kluwer 学术/全体会议”。

T.Sugimoto, Y.Hirose, H.Yui, T.Sawada: "Development of total internal reflection ultrafast transient lens method for studying molecular dynamics on interface"Analytical Chemistry. (accepted). (2004)

T.Sugimoto、Y.Hirose、H.Yui、T.Sawada：“开发用于研究界面分子动力学的全内反射超快瞬态透镜方法”分析化学。

Y.Ikezoe, I.Ishizaki, T.Takahashi, H.Yui, T.Sawada: "Hydrodynamically Induced Chemical Oscillation at a Water/Nitrobenzene Interface"Journal of Colloid and Interface Science. (in press). (2004)

Y.Ikezoe、I.Ishizaki、T.Takahashi、H.Yui、T.Sawada：“水/硝基苯界面处的流体动力诱导化学振荡”胶体与界面科学杂志。

Y.Ikezoe, I.Ishizaki, H.Yui, T.Sawada: "Direct Observation of Chemical Oscillation at a Water/Nitrobenzene Interface with Sodium-alkyl-sulfates System"Analytical Sciences. (in press). (2004)

Y.Ikezoe、I.Ishizaki、H.Yui、T.Sawada：“用烷基硫酸钠系统直接观察水/硝基苯界面的化学振荡”分析科学。