The work presented in this thesis addresses structural dynamics studies of two different systems using time-resolved X-ray solution scattering.
Diiodomethane, $CH_2I_2$, in a polar solvent undergoes a unique photoinduced reaction whereby $I_2^−$ and $I_3^−$ are produced from its photodissociation, unlike for other iodine-containing haloalkanes. While previous studies proposed that homolysis, heterolysis, or solvolysis of iso-$CH_2I$-I, which is a major intermediate of the photodissociation, can account for the formation of $I_2^−$ and $I_3^−$, there has been no consensus on its mechanism and no clue for the reason why those negative ionic species are not observed in the photodissociation of other iodine-containing chemicals in the same polar solvent, for example, $CHI_3, C_2H_4I_2, C2F4I2, I_3^−, and I_2$. Here, using time-resolved X-ray solution scattering, we revisit the photodissociation mechanism of $CH_2I_2$ in methanol and determine the structures of all transient species and photoproducts involved in its photodissociation, and reveal that $I_2^−$ and $I_3^−$ are formed via heterolysis of iso-$CH_2I$−I in the photodissociation of $CH_2I_2$ in methanol. In addition, we demonstrate that the high polarity of iso-$CH_2I$−I is responsible for the unique photochemistry of $CH_2I_2$.
We report the successful synthesis of Au nanoparticles from liquid solutions by synchrotron X-ray irradiation. By use of X-ray scattering methods, the structural relaxations in condensed matter, and in particular in nanoscale systems are directly accessible. Gold particles were fabricated by the X-ray irradiation of gold (III) terpyridine complex aqueous solution. The structure and size distribution of the prepared particles were evaluated by transmission electron microscopy and time-resolved X-ray solution scattering. Following the laser pulse, shape and angular shift of the Bragg reflection from crystalline gold nanoparticles are resolved stroboscopically using 100 ps X-ray pulses from a synchrotron. We observed the lattice expansion and relaxation of AuNPs heated by intense femtosecond laser pulse are measured by time-resolved X-ray solution scattering.
이 학위논문에서는 용액상 시간분해 엑스선 산란법을 이용하여 서로 다른 두 시스템에 대한 구조 동역학 연구 내용을 다루고 있다.
$CH_2I_2$는 올레핀 작용기와 광반응 후 고리형 화합물을 형성하는 전구체로 사용되거나, 대기중의 온실가스를 줄이는 반응을 나타낸다. 이러한 $CH_2I_2$ 분자의 광반응은 높은 반응성을 띄는 중간체들에 기인한 것이며 반응의 조건에 따른 동역학 연구가 많이 진행되었다. 본 연구에서는 메탄올에서 진행되는 $CH_2I_2$ 분자의 독특한 광분해 반응 동역학과 반응에 참여하는 각 화학종들 3차원 구조를 규명하였다. 광반응 중간체인 iso-$CH_2I$-I 분자가 높은 극성을 띄고 있어 극성 용매상에서 불균일 분해 반응이 일어나고, 음이온 화학종들의 전구체인 $I^-$ 이온을 생성한다는 반응 메커니즘을 새롭게 제안하였다.
금 나노 구조체는 표면 플라즈몬 공명현상 및 반응성과 같은 크기 및 형태 의존하는 특성으로 촉매, 광소자 및 생명 공학 분야에 걸쳐 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 같은 다양한 분야의 목적에 맞는 금 나노 구조체를 효율적으로 합성하기 위한 연구들 또한 활발히 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 좁은 파장 영역에서 강한 표면 플라즈몬 공명현상을 보이는 성게 모양의 금 나노 구조체를 엑스선 펄스 방사분해를 통해 합성하였고, 형성 메커니즘을 규명하였다.
