2017 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular Chemistry of Electrolytic Nano-fluide and Artificial Gas Hydrate
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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, 理学部第一部化学科, 教授 (60249951)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松井 広志 東北大学, 理学研究科, 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 / 水クラスター / 分子性ナノ細孔 / 電解質溶液 / 水素結合 / Ru錯体 / キセノンハイドレート / イオン伝導度 |
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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ことを見出した。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などのエネルギーガスを安定化させた結果、常温常圧でCH4の吸蔵・放出するガスハイドレートの研究を行った。一方、電解質水溶液は、水和したイオンの素早いイオン移動のため電気の良導体である。このWNT内に電解質塩であるNMe4Clを任意の割合で溶かし込むことに成功し、そのイオン伝導度と結晶構造解析に成功した。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し、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。この現象を構造科学的に研究して、そのメカニズムについて考察した。その結果、1MのKCl溶液のイオン伝導度が、バルク水の電解質とほとんど同じ伝導を示すことが明らかになった。これは、数百ナノの細孔内に閉じ込めたイオン移動がバルクのイオン移動よりも遅くなることに反していることになり、ナノオーダーで高度に組織化された単結晶内をイオンが動くため、コヒーレントな力が働いていると判断した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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