In the present paper, heterogeneous catalytic reactions on the surfaces of microcrystals of [Li+-Al3+] layered double hydroxide (LDH) crystal in solution at ambient pressure was investigated using single molecule fluorescence microscopy. Non-fluorescent molecules, fluorescein diacetate (FDA) and 5-carboxy fluorescein diacetate (C-FDA), turn into fluorescent molecules by hydrolysis in watery condition and trans-esterification in alcohol. The authors observed the emission from the FDA and the C-FDA derivatives on the surface of the catalyst LDH microcrystals at single molecule level, resulting in the following main findings; (1) the spatial distribution of emission spots, corresponding to the location of the reaction products, depended on the crystal surface and (2) most of the reaction products two-dimensionally diffused on the crystal surface while a portion of products were almost immobile. The authors suggest that this strong adsorption causes the deactivation of the catalytic reaction centers on the crystal surfaces, which is consistent with the previous results obtained by traditional ensemble measurements. In my presentation I’ll talk about the detail of these experimental results and about the result on other catalytic reaction.

　 単一分子計測・分光法は、多数分子のアンサンブル測定では検出できない個々の分子環境や反応性、また揺らぎなどに関する知見を取得できる検出法として、近年広く応用されている。今回は、蛍光顕微鏡を用いた単分子観察手法を、液中常圧条件下で複合物質を触媒とした不均一触媒反応ダイナミクスの測定に応用した研究例を紹介する。 　Fluorescein diacetate (FDA)及び5-carboxy fluorescein diacetate (C-FDA) は非発光性の分子であり、水を含んだ系における加水分解、またはアルコール溶液中におけるエステル交換反応により発光性分子となる。著者らは、それらの反応において触媒作用を示す[Li+-Al3+]のLDH結晶の表面におけるFDA、C-FDA誘導体からの蛍光を単分子レベルで観察した。その結果、加水分解進行時とエステル交換反応進行時に現れる蛍光スポットの空間分布の違いが観測され、また、発光スポットの動きから、生成物が結晶表面を２次元拡散する場合と、ほとんど動かない場合があることが確認された。これらより、加水分解、エステル交換反応を担う各反応中心の各結晶表面上における分布、触媒活性失活の原因と考えられる生成物の結晶表面への強い吸着を直接的に観測することに成功した。今回の単分子計測により、これまでのアンサンブル測定により示唆されていたこれらの事象が直接的に観測された。 　発表では、これらの実験結果を詳しく紹介し、また別の触媒反応についての結果も報告する。

Ref. Maarten B. J. Roeffaers et al., Nature Vol.439 (2006) 572-575