바카라로서 탄소 나노 튜브를 사용한 광 화학 반응

Yoshiyuki Miyamoto (리더), Dynamic Process Simulation Group, Nanosystem Research Institute (Director : Kiyoshi Yase)의 Nanosystem Research Institute (바카라; President; President : Tamotsu Nomakuchi)의 Nanosystem Research Institute (Director : Kiyoshi Yase)는 AN Uptta-Short Can을 보여 주었음을 보여주었습니다 이것은 해양 지구 과학 기술을위한 일본 기관의 지구 시뮬레이터를 사용하여 반도체 탄소 나노 튜브에 캡슐화 된 2 개의 아세틸렌 분자의 동기화 된 회전 운동을 활성화합니다 아세틸렌 분자가 기체에있을 때 운동을 실현할 수 없습니다 시뮬레이션은 또한 흥분이 아세틸렌 분자의 반응성 구성으로 보존 될 수 있음을 보여 주었다

이 바카라는 펨토초 레이저와 탄소 나노 튜브를 결합하여 달성 된 새로운 화학 합성에 기여할 것으로 예상됩니다

이 바카라의 세부 사항은 미국 과학 저널에 온라인으로 게시되었습니다미국 국립 과학 아카데미의 절차, 2012 년 5 월 21 일

반도체 바카라 나노 튜브에 캡슐화 된 2 개의 아세틸렌 분자 (상단) 레이저 조사 후 바카라 나노 튜브에서 분자의 동기화 된 회전 운동 (하단) (분자 회전 중 나노 튜브 구조의 디스플레이는 생략되었습니다)

실험적 바카라는 탄소 나노 튜브 (CNT)가 금속 원자와 유기 분자를 캡슐화 할 수 있음을 증명했다 CNT는 캡슐화 된 분자의 광 화학적 반응에 의해 새로운 재료 합성에 유용한 시험관으로 작용할 것으로 예상된다

초-쇼트 레이저 펄스는 분자의 전자 흥분을 유발하여 분자 구조를 비단하게 변화시키는 것으로 알려져있다 또한, 레이저가 가스 상에서 분자를 조사 할 때 효율보다 CNT로 캡슐화 된 분자를 조사 할 때 레이저 조사의 더 높은 효율이 예상된다 그러나 CNT에 의해 광학장이 어떻게 변조되는지, CNT의 좁은 내부 공간에서 어떤 종류의 역학이 발생하는지 실험적으로 조사하기가 어렵습니다 현재의 바카라는 전자와 핵의 역학을 간단하게 치료할 수있는 첫 번째 원리 계산을 수행함으로써 CNT에 캡슐화 된 아세틸렌 분자에 대한 초시형 레이저 펄스의 효과를 조사했다 아세틸렌 캡슐화는 분자 저장의 관점과 아세틸렌의 중합의 관점에서 주목을 끌고 있었다

AIST는 산업에 기여하고 필요한 기본 지식을 축적하는 CNT의 혁신적인 기술 개발을 목표로하고 있습니다 이러한 목적을 위해 AIST는 CNT 속성을 예측하기위한 첫 번째 원칙 시뮬레이션을 기반으로 바카라를 수행하고 있습니다

이 바카라는 2011 년에 지구 시뮬레이터 협업 프로젝트에서 이루어졌다 이 바카라는 Hong Zhang 교수 (중국 Sichuan University) 및 Angel Rubio 교수 (스페인 País Vasco 대학교)와 협력하여 이루어졌습니다 지구 시뮬레이터를 사용한 모든 수치 시뮬레이션은 AIST에 의해 수행되었습니다

이 바카라에서, 초고준 레이저 펄스에 의해 유도 된 전자 흥분이 수치 계산에 의해 시뮬레이션 된 후 CNT에 캡슐화 된 분자의 역학은 수치 계산에 의해 시뮬레이션되었다 펄스는 CNT 축에 수직으로 편광되었고 그림 1에 표시된 펄스 모양을 갖습니다

그림 1 : 레이저의 전기장의 펄스 모양 및 편광 CNT 캡슐화 아세틸렌

계산에 바카라되는 (14,0) CNT는 반도체의 전자 구조를 가지므로 광학장은 차폐없이 CNT의 내부 공동에 침투 할 수 있습니다 (그 동안, 금속 CNT에서, 광학장은 빠르게 움직이는 전자 장치에 의해 보호됩니다) 직경은 아세틸렌 이량 체를 캡슐화하기에 적합합니다 레이저 펄스 (파장 : 800 nm, 최대 절반의 최대 너비 : 2 fs)에 의해 유도 된이 이량 체의 역학은 스터디 하였다 이 펄스 모양은 특정 방향을 더 오랫동안 전기장을 갖는 특정 특성을 가지고 있으며, 전기장을 두 가지 대안 방향으로 지시하는 일반적인 정현파 모양이 없을 것입니다

도 1에 도시 된 동일한 펄스에 의해 유도 된 가스상 아세틸렌의 역학은 비교를 위해 조사되었고, 펄스 적용 후에 즉시 분자의 수소 원자가 분자의 수소 원자를 즉시 분리했다 (14,0) CNT의 이량 체와 동일한 구성을 가정하면, 동일한 레이저 펄스에 의해 유도 된 가스 상에서 가상 아세틸렌 이량 체의 역학도 검사 하였다 단일 분자의 경우와 달리, C-H 결합은 스윙 운동 및 수소 원자가 분리 된 것으로 밝혀졌다 또한, 이량 체가 (14,0) CNT에있을 때, 수치 시뮬레이션은 동일한 레이저 펄스가 반대 방향으로 스윙 운동을 유도 할 수 있고 수소 원자의 분리가 억제됨을 흥미롭게 보여 주었다 결과는 CNT 벽의 응답에 의해 레이저 필드의 변조를 시사하고, 분야가 공간에서 불균일하다는 것을 간접적으로 시사한다 그림 2는 CNT 축과 평행 한 방향으로부터 아세틸렌 이량 체의 역학의 비교 결과를 보여줍니다 분리 된 분자, 분리 된 이량 체 및 CNT에 캡슐화 된 이량 체를 보여줍니다

그림 2 : 분리 된 아세틸렌 분자의 역학 비교 (상단), 90444_90555

CNT에서 아세틸렌 이량 체의 회전 운동을 추적하기 위해 더 긴 시간 시뮬레이션이 이루어졌습니다 그림 3은 동일한 모양이지만 다른 강도를 가진 레이저 펄스에 의해 유도 된 결과의 비교를 보여줍니다 두 경우 모두,도 3의 회색 반원으로 표시되는 바카라-바카라 축 (C-C 축)의 극각은 동기화 된 회전을 나타낸다 시뮬레이션 시간을 통해, 트리플 결합을 갖는 C-C 축은 동기화 된 방식으로 회전하여 레이저-유도 된 전자적으로 여기 된 상태를 오랫동안 이들 분자의 높은 반응성을 시사하는 반면, C-H의 스윙 및 스트레칭 운동은 상관 관계가 없다 전자적으로 여기 된 상태의 유지로 인해, C-H 결합에서의 반 결합 특성이 발견되었다 레이저 필드의 최대 강도가 12 v/Å 일 때 분리 된 2 개의 아세틸렌 분자 중 하나에서 하나의 수소 원자가 분리됩니다 이 경우 시뮬레이션은 또한 CNT에서 결함의 유도를 보여주었습니다

그림 3 : 반도체 (14,0) CNT에서 아세틸렌 이량 체의 레이저 유도 역학 작은 회로는 수소 원자를 나타냅니다 (CNT의 구조는 표시되지 않습니다)

바카라원들은 CNT에 캡슐화 된 분자의 화학 반응의 효율을 극대화하기 위해 새로운 저 차원 물질의 구조 및 합성을 가속화하기 위해 수치 시뮬레이션을 계속 수행 할 것입니다 또한 CNT 외에 다른 다공성 물질에서 동일한 효과를 탐색 할 것입니다 펄스 레이저 조사로 인한 바카라 인 CNT 손상의 키랄성 의존도 조사 될 것입니다