粉末中性子回折による固相反応の機構の解析

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本研究は、結晶中で起こる水素原子の移動および反応を主に中性子を用いて解析するための方法論を確立すると共に、実際に科学として興味が持たれている結晶中水素の挙動を解明することを主な目的としている。本年度は、固相で水素移動を伴った光環化反応を起こしてβ-チオラクタムを生成する不飽和チオアミドについて、反応部位の水素原子を重水素原子で標識化したサンプル結晶に対して光照射を行ってから粉末中性子回折測定を行った。ここで、水素原子による中性子の非干渉性散乱を避けてバックグラウンドを抑えるため、反応に関与しない水素原子も可能な限り重水素原子で置換した。測定は高エネルギー加速器研究機構のパルス中性子線源KENSに設置されたTOF粉末中性子回折計VEGAを用いて行った。その結果、光反応生成物に由来する回折パターンを得ることに成功した。現在、反応後に重水素原子が分子中のどの部位へと移動したかについて明らかにすべく、回折パターンのRietveld解析を進めており、重水素原子が結晶格子中で最短距離を動くことで反応が進行することが明らかになりつつある。これに加えて、本研究では固体中の水素の挙動を観測する手法として非弾性中性子散乱に注目し、新たな発光素子として注目されている水素終端ナノシリコン結晶について、終端水素を重水素原子に置換した上で英国ラザフォード-アップルトン研究所の中性子散乱装置MARIを用いて非弾性中性子散乱実験を行った。その結果、昨年度に発見したシリコン表面水素の運動が、非協調的なものであること、また、構造から予測されるものとは異なった運動特性を持つことが明らかとなった。この運動は発光のメカニズムに深く関わっていると考えられ、現在解析を進めている。また、本年度は論文1報の他に、アジア結晶学会(AsCA'03)において本研究についての講演を行なった。また、日本中性子科学会奨励賞を受賞した。