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Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Operation 阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列正在运行
Pub Date : 2014-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.8.A0072
S. Yamamoto
{"title":"Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Operation","authors":"S. Yamamoto","doi":"10.3175/MOLSCI.8.A0072","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.8.A0072","url":null,"abstract":"","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"1 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2014-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"88158853","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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From Laser Photolysis to Laser Nano Chemistry 从激光光解到激光纳米化学
Pub Date : 2014-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.8.A0066
H. Masuhara
{"title":"From Laser Photolysis to Laser Nano Chemistry","authors":"H. Masuhara","doi":"10.3175/MOLSCI.8.A0066","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.8.A0066","url":null,"abstract":"","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"1 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2014-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"72983389","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Prologue and Epilogue of Concerted and Stepwise Controversy of Excited-state Double-proton Transfer in a Model DNA Base Pair 模型DNA碱基对激发态双质子转移的一致和逐步争论的前言和后记
Pub Date : 2014-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.8.A0071
H. Sekiya, Kenji Sakota
Excited-state double-proton transfer (ESDPT) in the coplanar 7-azaindole dimer (7AI 2 ) has been studied as a model base pair. Concerted and stepwise mechanisms were proposed for ESDPT in 7AI 2 . In the concerted mechanism, two protons transfer concertedly on the excited-state potential energy surfaces where a local minimum does not exist. On the other hand, an intermediate state exists in the stepwise mechanism. Therefore, after one single-proton transfer, the second single-proton transfers via the intermediate state. Numerous spectroscopic and theoretical studies were con-ducted to determine the mechanism of ESDPT of 7AI 2 . This review focuses on the ESDPT mechanisms in the gas phase. A prologue and epilogue of the concerted and stepwise mechanism controversy are presented. Spectroscopic experiments in the condensed phase and theoretical calculations related to the potential energy surfaces are important for deriving a final conclusion. In addition, some significant results are comparatively discussed.
以共面7-氮杂二聚体(7ai2)为模型碱基对,研究了其激发态双质子转移(ESDPT)。2002年提出了ESDPT的协调和逐步机制。在协同机制中,两个质子在激发态势能面上一致转移,而局域最小值不存在。另一方面,在分步机制中存在一个中间态。因此,在一个单质子转移后,第二个单质子通过中间态转移。为了确定7ai2的ESDPT机理,进行了大量的光谱和理论研究。本文综述了气相ESDPT的机理。对协调一致的、逐步展开的机制争议作了序章和结语。凝聚相的光谱实验和与势能面有关的理论计算对于得出最终结论是重要的。此外,对一些有意义的结果进行了比较讨论。
{"title":"Prologue and Epilogue of Concerted and Stepwise Controversy of Excited-state Double-proton Transfer in a Model DNA Base Pair","authors":"H. Sekiya, Kenji Sakota","doi":"10.3175/MOLSCI.8.A0071","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.8.A0071","url":null,"abstract":"Excited-state double-proton transfer (ESDPT) in the coplanar 7-azaindole dimer (7AI 2 ) has been studied as a model base pair. Concerted and stepwise mechanisms were proposed for ESDPT in 7AI 2 . In the concerted mechanism, two protons transfer concertedly on the excited-state potential energy surfaces where a local minimum does not exist. On the other hand, an intermediate state exists in the stepwise mechanism. Therefore, after one single-proton transfer, the second single-proton transfers via the intermediate state. Numerous spectroscopic and theoretical studies were con-ducted to determine the mechanism of ESDPT of 7AI 2 . This review focuses on the ESDPT mechanisms in the gas phase. A prologue and epilogue of the concerted and stepwise mechanism controversy are presented. Spectroscopic experiments in the condensed phase and theoretical calculations related to the potential energy surfaces are important for deriving a final conclusion. In addition, some significant results are comparatively discussed.","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"128 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2014-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"89211555","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Theories Advanced in Chemical Dynamics towards a Novel Realm of Chemistry 迈向化学新领域的化学动力学理论进展
Pub Date : 2014-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.8.A0068
K. Takatsuka
{"title":"Theories Advanced in Chemical Dynamics towards a Novel Realm of Chemistry","authors":"K. Takatsuka","doi":"10.3175/MOLSCI.8.A0068","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.8.A0068","url":null,"abstract":"","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"305 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2014-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"74111633","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Computational Molecular Science of Liquid Interfaces 液体界面计算分子科学“,
Pub Date : 2014-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.8.A0070
A. Morita
{"title":"Computational Molecular Science of Liquid Interfaces","authors":"A. Morita","doi":"10.3175/MOLSCI.8.A0070","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.8.A0070","url":null,"abstract":"","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"60 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2014-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"79885650","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Cumulant Mechanics: An Explicit Treatment for Fluctuation on Dynamics 累积力学:动力学涨落的显式处理
Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.3175/molsci.7.a0057
Y. Shigeta
An extended dynamics method for classical and cumulant variables is formulated to take fluctuation effects into account directly. In particular, we have derived the coupled equations of motion (EOM) for the position, momentum, and second-order cumulants of the product of the momentum and position fluctuation operators for both quantum and classical regimes. The second-order quantal and classical cumulant dynamics have almost the same structure with proper initial conditions and more terms to describe friction for latter equations. We demonstrated that the present methods give the exact answer for the harmonic oscillator and are applied to analyze the dynamical quantum isotope effects on a model proton transfer reaction in a Guannine-Cytosine base pair and to obtain a thermal equilibrium state of 7-par-ticles classical Morse cluster.
为直接考虑波动效应,建立了经典变量和累积变量的扩展动力学方法。特别地,我们推导了量子和经典状态下的位置、动量和位置波动算子乘积的二阶累积量的耦合运动方程。二阶量子动力学与经典累积动力学具有几乎相同的结构,具有适当的初始条件和更多的描述摩擦的项。我们证明了本方法给出了谐振子的精确答案,并应用于分析鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对模型质子转移反应的动态量子同位素效应,并获得了7粒子经典莫尔斯团簇的热平衡态。
{"title":"Cumulant Mechanics: An Explicit Treatment for Fluctuation on Dynamics","authors":"Y. Shigeta","doi":"10.3175/molsci.7.a0057","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/molsci.7.a0057","url":null,"abstract":"An extended dynamics method for classical and cumulant variables is formulated to take fluctuation effects into account directly. In particular, we have derived the coupled equations of motion (EOM) for the position, momentum, and second-order cumulants of the product of the momentum and position fluctuation operators for both quantum and classical regimes. The second-order quantal and classical cumulant dynamics have almost the same structure with proper initial conditions and more terms to describe friction for latter equations. We demonstrated that the present methods give the exact answer for the harmonic oscillator and are applied to analyze the dynamical quantum isotope effects on a model proton transfer reaction in a Guannine-Cytosine base pair and to obtain a thermal equilibrium state of 7-par-ticles classical Morse cluster.","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"9 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"91125527","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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X-ray and Electron Scattering Studies on Electronic Structures and Electronic Excitation Dynamics of Molecules 分子电子结构和电子激发动力学的x射线和电子散射研究
Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.7.A0059
Noboru Watanabe
【序】分子の性質の多くは,その内に存在する電子の運動によって強く支配されている。HOMO(最 高被占有軌道)や LUMO(最低空軌道)といった個々の分子軌道の形が分子の反応性を決定づけ ることは,フロンティア軌道理論が端的に示すところであるし,また,クーロン斥力に起因した電子間 の運動相関(電子相関)が様々な物性の発現にしばしば顕著な影響を与えることも知られている。分 子の性質を論ずる上での電子運動の重要性から,その詳細な理解は分子科学における中心的課題 となってきた。特に分光学的な手法に基づく電子状態研究は活発であり,数多の研究成果が報告さ れてきている。しかしながら,分子のエネルギー準位に関しては分光研究により膨大な知見が蓄積さ れてきたものの,個々の分子軌道の形状であるとか,電子相関の起源である電子同士の斥け合いと いったことまで実験的に観測しようと思うと,励起エネルギーやイオン化エネルギーなどの“エネルギ ー”だけではなく何らかの実験パラメータの追加が必要となる。状態のエネルギー値だけでは,電子 の分布やその運動相関までは分らないからである。ここで,分子との衝突によって X 線や高速電子 が散乱される過程を考えてみる。すると,入射X線(電子線)から標的分子へのエネルギー移行に加 えて散乱前後の運動量変化も生じるため,“エネルギー”だけでなく“運動量”までもが現象を規定す るパラメータとなっていることに気づく。つまり,X 線や電子線の散乱実験によれば散乱断面積の運 動量依存性という観点からも標的電子構造を論じることが可能になる。本発表では,運動量依存性 を利用した分子の電子状態研究について,我々のこれまでの研究成果[1]の中から主に以下の三つ のトピックスを取り上げ,紹介したい。 【X線散乱を用いた電子相関の研究】 如何に電子相関の効果を十分に取り入れるかという問題は, 現代の量子化学において最も重要な課題の一つとなっている。この目的のため,CI 法や多体摂動 論,クラスター展開法といった多様な理論的手法が提案されてきた。しかし,そうした理論計算の評 価は容易ではない。実験値の殆どは電子相関に鋭敏とはい えない一電子演算子の期待値であることから,実験による検 証が難しいためである。電子相関を敏感に反映する物理量 として,距離 r12離れた電子ペアの存在確率を表す電子二体 分布関数 P(r12) があげられる。実際の系では,電子間反発 により近距離での電子ペアの割合が減少するのであるから, r12の小さな領域でP(r12)がHartree Fock近似による計算値に 比べ小さくなるという形で電子相関の効果が表れるだろう。X 線の弾性散乱と非弾性散乱の和である全散乱強度σee(K)は, P(r12)とフーリエ変換により一義的関係づけられることが知ら れており,電子相関を実験的にみるという目的に適した物理 3A06
【序】分子的性质大多受到存在于其中的电子的运动的强烈支配。HOMO(最高被占据轨道)和LUMO(最低空轨道)等个别分子轨道的形状决定了分子的反应性,这是前沿轨道理论明确指出的,另外,由库仑斥力引起的电子间的运动相关(电子相关)经常显著地影响各种物性的表现。由于电子运动在论述分子的性质上的重要性,对其详细的理解成为分子科学的中心课题。特别是基于光谱学方法的电子状态研究十分活跃,报告了许多研究成果。但是,关于分子的能级,虽然通过光谱研究积累了庞大的知识,但是关于各个分子轨道的形状,电子相关的起源——电子之间的相互排斥,要想通过实验观测到这些情况,不仅需要激发能和离子化能等“能量”,还需要追加一些实验参数。因为仅凭状态的能量值,无法得知电子的分布及其运动相关性。在此,我们考虑一下X射线和高速电子因与分子碰撞而散射的过程。这样就会发现,随着从入射X射线(电子线)向目标分子的能量转移,还会发生散射前后的动量变化,因此不仅是“能量”,连“动量”也是规定现象的参数。也就是说,根据X射线和电子线的散射实验,从散射截面积的动量依赖性这一观点也可以讨论目标电子结构。在本发表中,关于利用动量依赖性的分子电子状态研究,从我们目前的研究成果[1]中主要选取以下三个话题进行介绍。【使用X射线散射的电子相关研究】如何充分采用电子相关效果的问题,是现代量子化学中最重要的课题之一。为此,提出了CI法、多体摄动论、集群展开法等多种理论方法。但是,这种理论计算的评估并不容易。因为大部分实验值都是对电子相关不敏感的单电子算符的期望值,所以很难通过实验进行检验。作为敏感地反映电子相关的物理量,可以举出表示距离r12的电子对的存在概率的电子二体分布函数P(r12)。在实际的体系中,由于电子间的排斥,近距离的电子对的比例会减少,在r12的小区域中,P(r12)小于Hartree Fock近似计算值。已知X射线的弹性散射和非弹性散射之和即全散射强度σee(K)通过傅立叶变换与P(r12)建立一元关系,所以适用于实验电子相关目的的物理3a06
{"title":"X-ray and Electron Scattering Studies on Electronic Structures and Electronic Excitation Dynamics of Molecules","authors":"Noboru Watanabe","doi":"10.3175/MOLSCI.7.A0059","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.7.A0059","url":null,"abstract":"【序】分子の性質の多くは,その内に存在する電子の運動によって強く支配されている。HOMO(最 高被占有軌道)や LUMO(最低空軌道)といった個々の分子軌道の形が分子の反応性を決定づけ ることは,フロンティア軌道理論が端的に示すところであるし,また,クーロン斥力に起因した電子間 の運動相関(電子相関)が様々な物性の発現にしばしば顕著な影響を与えることも知られている。分 子の性質を論ずる上での電子運動の重要性から,その詳細な理解は分子科学における中心的課題 となってきた。特に分光学的な手法に基づく電子状態研究は活発であり,数多の研究成果が報告さ れてきている。しかしながら,分子のエネルギー準位に関しては分光研究により膨大な知見が蓄積さ れてきたものの,個々の分子軌道の形状であるとか,電子相関の起源である電子同士の斥け合いと いったことまで実験的に観測しようと思うと,励起エネルギーやイオン化エネルギーなどの“エネルギ ー”だけではなく何らかの実験パラメータの追加が必要となる。状態のエネルギー値だけでは,電子 の分布やその運動相関までは分らないからである。ここで,分子との衝突によって X 線や高速電子 が散乱される過程を考えてみる。すると,入射X線(電子線)から標的分子へのエネルギー移行に加 えて散乱前後の運動量変化も生じるため,“エネルギー”だけでなく“運動量”までもが現象を規定す るパラメータとなっていることに気づく。つまり,X 線や電子線の散乱実験によれば散乱断面積の運 動量依存性という観点からも標的電子構造を論じることが可能になる。本発表では,運動量依存性 を利用した分子の電子状態研究について,我々のこれまでの研究成果[1]の中から主に以下の三つ のトピックスを取り上げ,紹介したい。 【X線散乱を用いた電子相関の研究】 如何に電子相関の効果を十分に取り入れるかという問題は, 現代の量子化学において最も重要な課題の一つとなっている。この目的のため,CI 法や多体摂動 論,クラスター展開法といった多様な理論的手法が提案されてきた。しかし,そうした理論計算の評 価は容易ではない。実験値の殆どは電子相関に鋭敏とはい えない一電子演算子の期待値であることから,実験による検 証が難しいためである。電子相関を敏感に反映する物理量 として,距離 r12離れた電子ペアの存在確率を表す電子二体 分布関数 P(r12) があげられる。実際の系では,電子間反発 により近距離での電子ペアの割合が減少するのであるから, r12の小さな領域でP(r12)がHartree Fock近似による計算値に 比べ小さくなるという形で電子相関の効果が表れるだろう。X 線の弾性散乱と非弾性散乱の和である全散乱強度σee(K)は, P(r12)とフーリエ変換により一義的関係づけられることが知ら れており,電子相関を実験的にみるという目的に適した物理 3A06","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"7 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"86742382","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Functional Properties of Molecular Clusters Based on Solid-state Electrochemistry 基于固态电化学的分子团簇功能特性研究
Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.7.A0061
Hirofumi Yoshikawa
【序】 近年、環境問題やエネルギー問題などから、高性能なエネルギーデバイスの開発が必要不 可欠となっている。とりわけ固体電気化学反応は、電子(ホール)およびイオンが主役を演じるデ バイスの根幹を成す動作原理であり、蓄電池をはじめとする電池全般(太陽電池、燃料電池など) はもちろんのこと、有機 EL や FET デバイス、さらにはガスセンサーなどにも応用されている。 一方で、本研究で用いる分子クラスター(複数の金属イオンと有機配位子からなる多核金属錯体 分子)は、従来、その触媒としての利用や、極低温で1分子が磁石のように振る舞う単分子磁石 的挙動がよく知られてきた物質群である。ここ数年、我々は、このような分子クラスターが分子 内の複数の金属イオンに由来した多電子の可逆 な酸化還元反応を溶液内で示すことに着目し、分 子クラスターの固体電気化学反応を基盤とした 新しい機能の開拓に取り組んできた。本講演では、 その代表的な機能である、分子クラスターを正極 活物質とする二次電池(分子クラスター電池)の 開発(図 1)について述べるとともに、その場観 測法を利用した分子クラスターの蓄電機能の解 明およびナノ複合化を利用した高性能化の事例 を紹介する。また、これらの知見をもとに、ごく 最近展開している固体電気化学が拓く新奇磁気 特性についても触れる。 【分子クラスター電池の開発】 図 1 に示すように、分子ク ラスター電池では、分子クラスターの多電子の酸化還元反 応に由来した高い蓄電容量だけでなく、分子の速い酸化還 元や対イオンの正極活物質への自由なアクセスに基づい た高速充電も期待される。我々は、Mn12 クラスター (Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4、図 1 左)やポリオキソメタレー ト([PMo12O40]、PMo12、図 1 左)などの様々な分子クラス ターを正極活物質としたリチウム電池を作製し、定電流充 放電試験を行ってきた。その結果、図2のように、PMo12 電池の場合、1 サイクル目の放電容量は、従来のリチウム イオン電池(約 148 Ah/kg)よりも高い約 260 Ah/kg を示し、 10 サイクル目においても約 200 Ah/kg と 1 サイクル目の 8 割程度の容量を保持していた。このよ うに、分子クラスターが二次電池の正極活物質として機能すること(分子クラスターの蓄電機能) を明らかにした。 【その場観測法を利用した蓄電機能の解明】 このような分子クラスター電池の高容量の要因を検 討するため、電池充放電中の正極材料について in operando X 線吸収微細構造(XAFS)分析を行う システムを独自に立ち上げ、これを用いて電池反応(固体電気化学反応)における分子クラスタ ーの挙動解明を試みた。図 3は、PMo12電池の in operando Mo K-edge X線吸収端近傍構造(XANES) スペクトルの結果であり、これより放電に伴い吸収端エネルギーが低エネルギー側にシフトする ことが分かった。この吸収端エネルギーよりMo価数を算出したところ、放電過程においてPMo12 図 1、分子クラスター電池の模式図
【序】近年来,由于环境问题和能源问题等原因,高性能能源设备的开发变得势在必行。特别是固体电化学反应,是电子(霍尔)和离子扮演主角的设备的基本工作原理,包括蓄电池在内的所有电池(太阳电池、燃料电池等),以及有机EL应用于FET设备,甚至气体传感器等。另一方面,在本研究中使用的分子簇(由多个金属离子和有机配体组成的多核金属络合物分子),传统上可以作为其催化剂,在极低温下一个分子可以像磁铁一样运作的单分子磁铁的行为是众所周知的物质群。最近几年,我们致力于在溶液中展示这种分子簇来自分子内多个金属离子的多电子的可逆氧化还原反应,从而在分子簇的固体电化学反应的基础上致力于新功能的开拓。在本演讲中,对其代表性的功能,以分子簇为正极活物质的二次电池(分子簇电池)的开发(图1)进行阐述的同时,利用当场观测法解决分子簇的蓄电功能。介绍利用明及纳米复合化的高性能化的事例。此外,还将以这些知识为基础,介绍最近开展的固体电化学所开拓的新奇磁特性。【分子簇电池的开发】如图1所示,分子簇电池不仅具有源于分子簇多电子的氧化还原反应的高蓄电容量,而且还具有分子的快速氧化还原。基于元和对离子的正极活物质的自由访问的高速充电也值得期待。我们研究了各种分子类,如Mn12簇(Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4,图1,左)和聚氧化物([PMo12O40], PMo12,图1,左)制作了以锂为正极活物质的锂电池,并进行了恒流充放电试验。结果,如图2所示,在PMo12电池的情况下,第1循环的放电容量显示约260ah /kg,比现有锂离子电池(约148ah /kg)高,在第10循环中也显示约260ah /kg。200ah /kg,保持了第一次循环的8成左右的容量。如上所述,阐明了分子集群作为二次电池正极活物质的功能(分子集群的蓄电功能)。【利用原地观测法阐明蓄电功能】为了检验这种分子集群电池高容量的主要原因,对电池充放电中的正极材料进行in operando X射线吸收微细结构(XAFS)分析他们独自建立了一个系统,试图用它阐明电池反应(固体电化学反应)中分子簇的行为。图3是PMo12电池的in operando Mo K-edge X射线吸收端附近结构(XANES)光谱的结果,由此,随着放电吸收端能量向低能量侧位移。我明白了。根据该吸收端能量计算出的Mo价数,在放电过程中,PMo12图1,分子集群电池的示意图
{"title":"Functional Properties of Molecular Clusters Based on Solid-state Electrochemistry","authors":"Hirofumi Yoshikawa","doi":"10.3175/MOLSCI.7.A0061","DOIUrl":"https://doi.org/10.3175/MOLSCI.7.A0061","url":null,"abstract":"【序】 近年、環境問題やエネルギー問題などから、高性能なエネルギーデバイスの開発が必要不 可欠となっている。とりわけ固体電気化学反応は、電子(ホール)およびイオンが主役を演じるデ バイスの根幹を成す動作原理であり、蓄電池をはじめとする電池全般(太陽電池、燃料電池など) はもちろんのこと、有機 EL や FET デバイス、さらにはガスセンサーなどにも応用されている。 一方で、本研究で用いる分子クラスター(複数の金属イオンと有機配位子からなる多核金属錯体 分子)は、従来、その触媒としての利用や、極低温で1分子が磁石のように振る舞う単分子磁石 的挙動がよく知られてきた物質群である。ここ数年、我々は、このような分子クラスターが分子 内の複数の金属イオンに由来した多電子の可逆 な酸化還元反応を溶液内で示すことに着目し、分 子クラスターの固体電気化学反応を基盤とした 新しい機能の開拓に取り組んできた。本講演では、 その代表的な機能である、分子クラスターを正極 活物質とする二次電池(分子クラスター電池)の 開発(図 1)について述べるとともに、その場観 測法を利用した分子クラスターの蓄電機能の解 明およびナノ複合化を利用した高性能化の事例 を紹介する。また、これらの知見をもとに、ごく 最近展開している固体電気化学が拓く新奇磁気 特性についても触れる。 【分子クラスター電池の開発】 図 1 に示すように、分子ク ラスター電池では、分子クラスターの多電子の酸化還元反 応に由来した高い蓄電容量だけでなく、分子の速い酸化還 元や対イオンの正極活物質への自由なアクセスに基づい た高速充電も期待される。我々は、Mn12 クラスター (Mn12O12(CH3COO)16(H2O)4、図 1 左)やポリオキソメタレー ト([PMo12O40]、PMo12、図 1 左)などの様々な分子クラス ターを正極活物質としたリチウム電池を作製し、定電流充 放電試験を行ってきた。その結果、図2のように、PMo12 電池の場合、1 サイクル目の放電容量は、従来のリチウム イオン電池(約 148 Ah/kg)よりも高い約 260 Ah/kg を示し、 10 サイクル目においても約 200 Ah/kg と 1 サイクル目の 8 割程度の容量を保持していた。このよ うに、分子クラスターが二次電池の正極活物質として機能すること(分子クラスターの蓄電機能) を明らかにした。 【その場観測法を利用した蓄電機能の解明】 このような分子クラスター電池の高容量の要因を検 討するため、電池充放電中の正極材料について in operando X 線吸収微細構造(XAFS)分析を行う システムを独自に立ち上げ、これを用いて電池反応(固体電気化学反応)における分子クラスタ ーの挙動解明を試みた。図 3は、PMo12電池の in operando Mo K-edge X線吸収端近傍構造(XANES) スペクトルの結果であり、これより放電に伴い吸収端エネルギーが低エネルギー側にシフトする ことが分かった。この吸収端エネルギーよりMo価数を算出したところ、放電過程においてPMo12 図 1、分子クラスター電池の模式図","PeriodicalId":19105,"journal":{"name":"Molecular Science","volume":"182 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"74164940","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
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Microscopic Solvation and Gas-Phase Cluster Chemistry: Bridge the Gap between Isolated Molecules and Condensed Phase 微观溶剂化和气相簇化学:弥合孤立分子和凝聚相之间的差距
Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.7.A0064
K. Fuke
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Toward the Creation of Stable, Functionalized Nanomaterials 迈向稳定、功能化纳米材料的创造
Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.3175/MOLSCI.7.A0062
Y. Negishi
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Molecular Science
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