Synthesis of superatomic metal clusters by microdroplet chemistry and its application to photoelectron imaging

微小液滴中において，バルクでは起こりにくい反応が進行するとの報告が近年相次いでいる。Microdroplet chemistryと呼ばれるこの新奇反応場では，還元剤や電荷注入をすることなく，水溶媒だけでも溶質の還元反応が効率良く進む実例がある。本研究では，この点に着目し，金，銀，銅などの金属イオンを含む水溶液の微小液滴を発生させ，同イオンの還元反応を効率良く起こすことで，極めて簡便かつ安価な超原子金属クラスターの気相合成に挑戦する。成功した暁には，研究代表者がごく最近発案した超高効率光電子イメージング法（Horio et al., Rev. Sci. Instrum. 93, 083302 (2022)）により，超原子金属クラスターの電子構造の可視化計測を行う。以上が本研究の目的である。本研究課題を開始した直後，同イメージング法の性能評価のため，既存の金属クラスター連続発生装置により合成した銀超原子負イオンAg18-およびAg19-からの光電子画像を撮像したところ，原子s軌道からの光電子放出を彷彿とさせる極めて特徴的な角度分布が見出された。さらにAg18-と等価電子系のAg15Sc-でも同様な結果が得られた。量子化学計算により光電子放出角度分布のシミュレーションを行ったところ，これら特徴的な角度分布が最外殻となる超原子2S軌道からの光電子放出であることを突き止めた。得られた結果を早急に論文として取り纏め，2023年2月26日にアメリカ化学会のJ. Phys. Chem. Lett.に投稿し，同年4月17日に受理された。本成果は，von Issendorffらにより行われたナトリウムクラスター（Science 323, 1323 (2009)）に続き，超原子軌道からの光電子放出角度分布を捉えた実例であり，異元素添加系では世界初の成果である。

微小液滴中において，バルクでは起こりにくい反応が進行するとの報告が近年相次いでいる。Microdroplet chemistryと呼ばれるこの新奇反応場では，還元剤や電荷注入をすることなく，水溶媒だけでも溶質の還元反応が効率良く進む実例がある。本研究では，この点に着目し，金，銀，銅などの金属イオンを含む水溶液の微小液滴を発生させ，同イオンの還元反応を効率良く起こすことで，極めて簡便かつ安価な超原子金属クラスターの気相合成に挑戦する。成功した暁には，研究代表者がごく最近発案した超高効率光電子イメージング法（Horio et al., Rev. Sci. Instrum. 93, 083302 (2022)）により，超原子金属クラスターの電子構造の可視化計測を行う。以上が本研究の目的である。本研究課題を開始した直後，同イメージング法の性能評価のため，既存の金属クラスター連続発生装置により合成した銀超原子負イオンAg18-およびAg19-からの光電子画像を撮像したところ，原子s軌道からの光電子放出を彷彿とさせる極めて特徴的な角度分布が見出された。さらにAg18-と等価電子系のAg15Sc-でも同様な結果が得られた。量子化学計算により光電子放出角度分布のシミュレーションを行ったところ，これら特徴的な角度分布が最外殻となる超原子2S軌道からの光電子放出であることを突き止めた。得られた結果を早急に論文として取り纏め，2023年2月26日にアメリカ化学会のJ. Phys. Chem. Lett.に投稿し，同年4月17日に受理された。本成果は，von Issendorffらにより行われたナトリウムクラスター（Science 323, 1323 (2009)）に続き，超原子軌道からの光電子放出角度分布を捉えた実例であり，異元素添加系では世界初の成果である。