2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15H03851
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
田所 誠 東京理科大学, 理学部, 教授 (60249951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 広志 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30275292)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | メタンハイドレート / ナノ多孔質結晶 / 水クラスター / ナノ分子流体 / イオンハイドレート / プロトン伝導 / ガスハイドレート / 超分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
直径 ～1.6 nmの一次元ナノチャネル構造をもつ分子性多孔質単結晶に閉じ込められた水クラスター（WNT: water nanotube cluster）は、融解－凝固の相転移挙動をもち、壁面の相互作用で融解状態でも安定なWNTのクラスター構造をもつ。一般に、ガスハイドレートは低温/高圧下で存在する得意な構造をもつ不安定な氷構造から作られているが、空孔型のWNTを調整し、ガス分子を挿入するだけで、ガスハイドレートを形成し、常温常圧で安定化するものと考えている。CH4の代わりにXeを導入した場合、室温付近での気体の吸蔵・放出が可逆に観測された。このWNTを用いて、水から氷への速度論的な凝縮反応を利用して、CH4やH２などのエネルギーガスを安定化させれば、常温常圧で吸蔵・放出するガスハイドレートの研究行うことが可能である。特に今年度はXeを用いた人工ガスハイドレートを用いて湿度変化による安定性や取り込み量などの研究を行った。低い湿度ほど水分子の代わりにXeの取り込み量が増加するのが観測された。
一方、電解質水溶液は、水和したイオンの素早い移動のため電気の良導体である。このWNT内に電解質塩を任意の割合で溶かし込むことに成功した。この擬１次元ナノ電解質水溶液は、ナノ流体(Nano fluidics)として素早い超イオン伝導性やプロトン伝導性を示すだけではなく、電解質イオンを動かすことによって、力学的なエネルギーを電気エネルギーに変換することができる。この現象を達成するための、結晶の合成研究を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は特に合成研究や人工ガスハイドレートの合成実験を主に行っている。しかし、当初、計画に合った湿度と温度とガス圧力を制御できるセルの構築は、助成金が足りなかったため実現できていない。特に人工メタンガスハイドレートあるいは水素ハイドレートの、湿度制御を行った挿入時のメタンや水素のガス圧力を求めることが困難であり、別の手法で測定できる機材の開発を考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
メタンガスや水素ガスの導入圧力を、ボンベ圧とした湿度・温度制御封入装置の開発を行って、人工メタンハイドレートに実際のミニボンベを使用したメタン貯蔵能を比較検討してみることを計画している。固体のNMRによるCD4やC13H4、あるいはD2などの同位体を用いた測定では、確かにガスが入ることを確認できるが、同位体自身でできたガスは非常に高価であるため、圧力をかけられるだけの購入予算がない。あとは単結晶であるのでXray結晶構造解析によって、内部のハイドレートクラスター構造の変化から、導入されたガス量などを推測できると考えられるが、湿度とガス圧を変化させたサンプリング装置が必要である。
ナノ流体の方の研究は、順調に合成方法の確立が成功し、ナノチャネル細孔に導入できる電解質量をコントロールすることに成功した。これは急遽、購入したイオンクロマトグラフィーでハロゲンイオン量を定量できたことが成功につながった。まずは導入した電解質量と伝導性の関係を求めることを目指している。
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