北大,光電場内の特異な分子濃縮相形成を観測

北海道大学の研究グループは,導電性ガラス電極上に作製した単一の金ナノ二量体構造を用いて,電気化学電位制御下でその二量体の間隙に形成・局在するナノの光源に照らされた二元系分子が,通常と比較して特異な濃縮相を形成することを初めて観測した(ニュースリリース)。

この研究では,導電性ガラス基板の表面に,半導体加工手法を用いて構造を厳密に規定した金のナノ構造体を作製した。この構造が担持された基板を用いて,電気化学手法を系に導入し,系の電気化学ポテンシャルを厳密に規定した上で近赤外光照射下においてラマン散乱光を取得した。

測定対象物質には,二種類の構造異性体を特定の比で混合させたものを用いて測定を行なった。また電気化学電位に応じてラマンバンドが変化することや,特徴的なバンドの出現を観測した上で,ナノ光源に照らされている分子の電極界面における分子の状態について調査した。

今回実験で測定したラマン散乱測定の結果からは,使用する金属ナノ構造の電気化学電位を制御すると,構造異性体存在下において金属ナノ構造表面に吸着する分子をその分子配向も決定しながら自由に制御可能であることを見出した。

さらに,ナノ空間の光源と相互作用した際に見られる特徴的なラマン散乱が現れることも明らかにしており,この研究で提案する手法を用いることで,光と分子の相互作用の度合いを自在に変革し得ることを初めて明らかにした。

またラマン散乱スペクトルの経時変化を確認したところ,ナノ空間に局在している光の電場空間内において,分子の界面における分子運動が通常の場合と比較して遅くなり,通常の電極界面では見られないような特徴的な分子濃縮相が形成している可能性が示唆された。

このことは,ナノ空間に局在化した光電場空間においてナノ光光源という新たな摂動を用いることで,これまでに非常に困難であった動的な分子運動を制御可能であるという事実を示唆しているという。

化学分野において,分子の動的な動きを任意に制御するということは,反応効率や新たな分子エネルギーデバイスの創生に向けて非常に大事な概念となるが,分子の溶液中における運動は,基本的には溶媒自身の粘性や分子の拡散係数事態に依存するため,それを自由に変調することは難しい。

しかし,それらを変革し,新たな分子濃縮相を形成可能であるというこれらの研究結果は,将来の任意化学反応制御,もしくは化学反応選択性の実現という,無限の可能性を期待させる新規技術へと繋がる可能性を秘めているとしている。

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