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理化学研究所

田原分子分光研究室 Molecular Spectroscopy Laboratory

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界面非線形分光グループ

新しい界面選択的非線形分光計測法の開発と界面現象の分子論的理解

二本柳 聡史

新しい現象の発見や未知の機構の解明には、新しい計測技術の開発が極めて重要な役割を果たします。特に微視的な現象や機構の研究には分子計測の技術が欠かせません。我々は不均一反応が起こる唯一の反応場である界面の分子過程を直接観測するための新しい非線形分光法を開発しています。我々が開発する新しい計測法は界面現象を観測するための最も先進的な手段であり、またその応用によって新しい知見が続々と得られています。

研究概要

計測技術は科学のあらゆる分野を根本から支えています。新しい現象の発見や未知の機構の解明には、新しい計測技術の開発が極めて重要な役割を果たします。特に微視的な現象や機構の研究には分子計測の技術が欠かせません。レーザーによる分子計測は得られる情報の豊かさと応用可能範囲の広さから、世界中の多くの研究者がその新しい方法の開発に取り組んでいます。我々は典型的な不均一複雑系である界面を研究するための新しい非線形レーザー分光計測法を開発しています。界面の科学は近年ますます重要になりつつありますが、それは、地球環境を左右する大気化学反応や医療・製薬に直結する生体内の化学反応がいずれも界面で生じる現象であるためです。我々が開発する新しい計測法は界面の科学の基礎を支える最も先進的な研究手段となっており、また実際にその応用によって新しい知見が続々と得られています。特に最近は(1)水界面の超高速水素結合ダイナミクス、(2)界面の光化学反応ダイナミクス、(3)複雑界面の機能と構造の関係性、の3つのテーマに興味を持って研究を行っています。

研究項目

定常および時間分解ヘテロダイン検出和周波発生法の開発

プローブ分子を用いた界面物性の研究

生体膜モデル界面の水素結合構造の研究

空気/水界面の水素結合ダイナミクスの研究

界面の化学反応ダイナミクス

埋もれた界面の構造と機能の研究

電極界面の非線形計測法の開発とその応用

メンバー

二本柳 聡史(グループリーダー)

Ahmed Mohammed

Woongmo Sung

Feng Wei

Pardeep Kumar

主な発表論文

  1. R. KUSAKA, S. NIHONYANAGI, and T. TAHARA
    The photochemical reaction of phenol becomes ultrafast at the air–water interface
    Nat. Chem. 13, 306 (2021). Selected for Cover Art
  2. K. INOUE, M. AHMED, S. NIHONYANAGI, and T. TAHARA
    Reorientation-induced relaxation of free OH at the air/water interface revealed by ultrafast heterodyne-detected nonlinear spectroscopy 
    Nat. Commun. 11, 5344 (2020).
  3. M. AHMED, K. INOUE, S. NIHONYANAGI, and T. TAHARA
    Hidden Isolated OH at the Charged Hydrophobic Interface Revealed by Two-Dimensional Heterodyne-Detected VSFG Spectroscopy
    Angew. Chem. Int. Ed. 59, 9498 (2020). Hot paper
  4. A. SAYAMA, S. NIHONYANAGI, Y. OHSHIMA, and T. TAHARA
    In situ observation of the potential-dependent structure of an electrolyte/electrode interface by heterodyne-detected vibrational sum frequency generation
    Phys. Chem. Chem. Phys., 22, 2580 (2020)
  5. A. MYALITSIN,  S. GHOSH, S. URASHIMA, S. NIHONAYANAGI, S. YAMAGUCHI,  T. AOKI, and T. TAHARA
    Structure of water and polymer at the buried polymer/water interface unveiled using heterodyne-detected vibrational sum frequency generation
    Phys. Chem. Chem. Phys., 22, 16527 (2020)
  6. S. NIHONYANAGI, S. YAMAGUCHI and T. TAHARA
    Ultrafast Dynamics at Water Interfaces Studied by Vibrational Sum-Frequency Generation Spectroscopy
    Chem. Rev. 117, 10665−10693 (2017).
  7. S. NIHONYANAGI, S. YAMAGUCHI and T. TAHARA
    Direct evidence for orientational flip-flop of water molecules at charged interfaces: a heterodyne-detected vibrational sum frequency generation study
    J. Chem. Phys. 130, 20, 204704 (2009).