| Project/Area Number |
21K14404
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | The University of Tokyo (2022)
Shinshu University (2021) |
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Principal Investigator |
Sudare Tomohito 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40783923)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | トポケミカル反応 / 層状複水酸化物 / 硝酸イオン / トポケミカル法 / イオン吸着 / Rietveld解析 / X線吸収微細構造 / ナノ空間 / 原子配列 / XAFS / 吸着等温線 / 第一原理計算 / 水素結合 / イオン交換 / RDF解析 |
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| Outline of Research at the Start |
2021年度前半は，原子配列テンプレート法による新奇原子配列をもつLDHsの作製を実施する。歪みの規則配列化に着目し，JT活性イオン(Ni3+，Co2+，Fe3+(HS)，Fe4+(LS)，Mn4+)とJT不活性イオン(Ni2+，Co3+，Fe4+(HS)，Mn3+)の混合組成からなるLDHsを作製する。
2021年度後半～2022年度は，LDHsの原子配列を解明するために，平均構造と局所構造からの解析を試みる。ラボでの粉末X線回折測定および放射光粉末X線回折測定，X線微細構造スペクトル測定と解析による平均・局所構造の解析をルーチンワーク的に実施する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We aimed to fabricate layered double hydroxides (LDHs) with novel atomic arrangements. Through the establishment of a method for controlling the atomic arrangement of LDHs based on topochemical reactions, and evaluation of the performance of ion adsorption and elucidation of the adsorption mechanism, we aimed to obtain a guiding principle for the selective adsorption and separation of ions by inorganic adsorbents. As a result, it was found that the LDHs synthesized by topochemical reactions have a solid solution composition that exceeds the conventional solid solution limit and a high symmetry atomic arrangement. Furthermore, these LDHs showed high fluoride ion selectivity and high adsorption capacity for nitrate ions, indicating for the first time that atomic arrangement, i.e., the geometry of adsorption sites, is the key to the adsorption separation of ions.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
反応性窒素の人為活動による生産量は年々増加している。特に、施肥や産業、生活によって生成され、環境中の水への排出される硝酸イオンの量は、化石燃料の消費による放出量や農地による固定量をはるかに上回っており、窒素の地球科学的循環に向けた選択的な分離・濃縮技術が求められている。分子科学の観点でも、平面分子内に電荷共鳴構造をもつため、電荷密度や求核性が極めて小さく、一般に、物質との相互作用が小さい。そのため、吸着材による水中からの分離が極めて難しい。それに対して、今回開発したLDHsは極めて高い硝酸イオン吸着能をもつため、環境問題の解決に資するのみでなく、吸着科学の学理構築に資するものである。
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