ナノスペース(層間)における化学種の相互作用と運動性に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06453060
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY OF SCIENCE
• Principal Investigator: 橘高 茂治 岡山理科大学, 理学部, 教授 (60068905)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹中 亨 岡山理科大学, 理学部, 教授 (00027020)
• Keywords: 五酸化バナジウム水和物 / 層空間 / 異方性電気伝導 / プロトン伝導 / 層間水拡散 / メタバナジン酸アンモニウム / 層間V^<4+>イオン / ESR

Research Abstract

五酸化バナジウム水和物の固体化学的研究が始まったのは約10年前で,その意味でこの物質は比較的新しい物質である.モンモリロナイトに似た層状構造を持ち,種々の極性分子をインターカレートすることができる.本研究では,(1)層間における水分子の吸着状態とプロトンの伝導性との関係,(2)層間への水分子の拡散過程の吸着速度測定による解析,(3)層間におけるアンモニアと水分子,および層表面との相互作用について調べた.また,(4)結晶構造の解明の手がかりを得るため,ESR測定を行った.その結果は,
(1)層間に導入された水分子のプロトンのホッピングによる伝導性は、a-軸方向に比べて,b-軸方向の方が著しく大きいことが明らかとなった.偏光赤外の解析から,これは水分子の吸着の異方性に起因するものでなく,構造的にb-軸の方が水分子の配列が密であることによると考えられる。
(2)五酸化バナジウム水和物層間における水分子の拡散は,a-軸横行への拡散が主たるものであることが,吸着速度の解析から明らかになった.その拡散の活性化エネルギーは,液体の水,氷状の水の値より相当小さく,ここでの拡散が,すきまのある広い空間を通ってのものであることを意味している.
(3)層間にインターカレートされたアンモニアは,その後から導入された水分子,層表面と反応して,メタバナジン酸アンモニウムをトポタクチックに生ずる.このとき水和物のc-面を一致させながら反応する.
(4)水和によってV^<4+>によるESRスペクトルは異方性のものから,等方性のものに変わる.このことは層間にV^<4+>種およびV^<5+>の存在の可能性も示唆している.紫外線照射によってV^<5+>はV^<4+>に還元される.

Research Products

• [Publications] 橘高茂治: "Electron Microscope Study of Revolving Crystal Growth of β-type Vanadium Oxide Hydrate under Hydrothermal Conditions" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.346. 691-695 (1994)
• [Publications] 橘高茂治: "Photochemical Formation of V^<4+> in a Layered Vanadium Pentoxide Hydrate" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.346. 697-702 (1994)
• [Publications] 橘高茂治: "Dynamic Properties of Monolayer Water Molecules on the lonic Crystalline Surfaces" KENS REPORT-X 1993/1994. 71-71 (1995)
• [Publications] 橘高茂治: "Interlayer Water Molecules in the Vanadium pentoxide Hydrate 6. Rigididy of Layered Structure against Adsorption of Water" Langmuir. (in press). (1996)