地球表面の约7割は海であり、大気中にはエアロゾルと呼ばれる微粒子や雨粒のような液滴が多数浮游しています。こうした液体には必ず空気と接する境界である「表面（界面）」があり、特に表面に分子がある场合にはお风吕での半身浴のように分子の一部だけが水に浸った状态にあります。その结果、空気と水の境界では化学反応が水溶液の内部とは异なる速度で进む可能性があります。実际、大気科学や合成化学の研究で分野では、液体表面の反応が通常の水溶液中での反応よりも桁违いに速く进行することを示唆する例が见いだされています。ただ、反応が促进される原因として、疎水性（水を嫌う）分子が水の表面に集まりやすいために、表面の分子の浓度が内部より高くなる结果、见かけ上表面で反応が活発に见える场合もあります。では、もし1个の分子を水の表面に置いた场合と、水の内部に置いた场合では、反応速度は実际に异なるのでしょうか。もし违いがあるとすれば、一体どの程度违うのでしょうか。
鈴木俊法 理学研究科教授と山本遥一 同助教の研究チームは、水溶液を真空中に噴出して微小な液体膜を作り、その表面にあるフェノールやインドール分子にレーザー光を照射して光化学反応を開始させ、反応速度を調べました。その結果、表面にある分子は、水の内部に比べて反応が約10倍速く進行することを確認しました。
これまで固体触媒の上で化学反応が起こりやすくなることはよく知られていましたが、水の表面そのものが化学反応を促进するという结果は、环境科学や物质合成化学を深く理解するための新しい観点を提供すると共に、水表面の特异な化学环境を利用した反応制御の可能性を示すものであり、今后の研究の発展が期待されます。
本研究成果は、2025年12月31日に、国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。
研究者のコメント&苍产蝉辫;
「液体表面という特殊な环境にある分子の数は非常に少なく、その化学反応を精密にかつ高速に追跡することは技术的に非常に困难でした。今回、液体ジェットと最先端レーザーを用いた光电子分光法を组み合わせた新しい実験手段の开発によって、水溶液表面の化学反応を详细に调べる突破口が开かれたことで、环境化学や物质科学の种々の问题を解决する前进が得られると期待しています。今后は、より复雑な化学反応の研究へと広げていきたいと考えています。」
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【书誌情报】
Yo-ichi Yamamoto, Toshinori Suzuki (2025). Charge Separation Dynamics of Aromatic Molecules at Aqueous Interfaces Revealed by Ultrafast Photoelectron Spectroscopy. Journal of the American Chemical Society, 148(1), 1524-1537.
