2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K05377
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
城田 秀明 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 准教授 (00292780)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン液体 / フェムト秒ラマン誘起カー効果分光 / 低振動数スペクトル / 分子間振動 / 温度依存性 / イミダゾリウムカチオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
通常の分子液体の分子間振動は温度に依存することが良く知られているが，最近，イオン液体ではアニオンの種類によって分子間振動が直接反映する低振動数スペクトルの温度依存性が大きく異なり，アニオンの種類によっては温度に依存しないという液体としてのアノマリーを示すことが米国テキサス工科大学のグループから報告されている。本研究課題では，特徴的な構造を持つアニオンを持つ複数のイオン液体の分子間振動の温度依存性を検証することにより，従来の液体科学では説明できないこのアノマリーを解釈するために，アニオンやカチオンの構造に依存する特性を明らかにすることを目的としている。初年度である平成27年度は以下の「現在までの進捗状況」に記しているように，アニオン種について特に注目して研究を進めた。得られた実験結果において，これまでに報告されているテキサス工科大学のグループの結果とは全く異なる結果が得られた。すなわち，10種類の異なるアニオンを有するイミダゾリウム型イオン液体について，すべて温度依存性が観測され，特にカチオンのイミダゾリウム環が温度に対して大変敏感にスペクトルの形状に影響を及ぼすことが明らかになった。この研究成果については現在論文執筆中である。この他にベンゼンの混合液体に関する研究成果について論文を発表した（佐賀大学高椋グループとの共同研究）。40種類の芳香族性カチオン型イオン液体の低振動数スペクトルをまとめた研究成果についても論文を執筆し，平成28年4月現在投稿中である。学会発表については，国際会議で5件（内招待講演3件），国内での学会で4件の発表を行った。また，当研究室の大学院修士課程2年生の学生（平成28年度より博士課程に進学）が行った国際会議（ドイツ国ロストック市）でのポスター発表はポスター賞に選ばれた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成27年度はアニオン種について，（i）永久双極子モーメントを持たない対称性の高いアニオン，（ii）永久双極子モーメントを持つ対称性の低いアニオン，（iii）構造異性体を持つアニオン種，について特に注目して研究を行った。アニオンについては，これら3つのカテゴリーに分類される10種類のアニオンを選択し，カチオンには典型的な1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムカチオンを選択した。上記「研究実績の概要」に述べたように，すべてのイオン液体について，分子間振動スペクトルの温度依存性現れることを確認した。この結果はテキサス工科大学のグループの報告と異なるものであり，現在，その理由・原因について検討中である。尚，当初の予定では，アニオンについて，（i）と（ii）を平成27年度に行い（iii）は平成28年度に行う予定であったが，研究がスムーズに進み，アニオン種に関する項目の実験は平成27年度で終えることができた。
また，上記温度依存性に関する研究に加え，イオン液体の低振動スペクトルのデータをまとめるべく，40種類の芳香族カチオン性イオン液体についてフェムト秒ラマン誘起カー効果分光装置を用いて測定を行った。この研究により，芳香族イオン液体の低振動数スペクトルに関する全体像とイオン種の構造に基づいたスペクトルの特徴を明らかにすることができた。また，表面張力，密度，粘度，電導度といったバルク物性についても測定を行い，バルク物性を用いたパラメータと低振動数スペクトルの特性周波数の相関が芳香族イオン液体と中性分子液体では異なることも見出している。この研究成果はデータベースとして注目されることが予想される。現在，論文を投稿中である。
このように，現在のところ本研究課題は当初の予定以上のペース（約1.5倍程度の速さ）で進行しており，研究成果も挙がっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記「現在までの進捗状況」で述べたように，研究は予想以上の速さで進み，成果が挙がっている。平成28年度においては，非芳香族イオン液体について実験を行い，平成27年度に得られた芳香族カチオン性イオン液体の実験結果と比較することにより，分子間振動の温度依存性におけるカチオンの芳香族性と非芳香族性の違いを明らかにすることを目指す。この比較において，温度依存性に少し特徴のあるアニオンや典型的な挙動を示すアニオンを2~3種選択することで，カチオンの影響を明らかにできることが期待できる。また，イオン液体の特徴を明らかにするために，イオン液体構成イオンと形状が類似した分子液体の分光測定についても試みる。テキサス工科大学の報告した異常性については確認できないことが明らかになったが，イオン液体におけるイオン種の構造に基づいた低振動数スペクトルの温度依存性の理解を本研究課題で達成することを目指す。
研究が予想以上に進んでいることにより，さらに，構造異性体を持つアニオン種における構造異性体の影響についても明らかにしたいと考えている。そのために，アニオン種の構造が顕著に反映される分子内振動モードが測定できる定常状態ラマン分光装置の作製し，その装置を使って実験を行うことにより，アニオン種構造異性体のポピュレーションの温度依存性と分子間振動バンドとの対比が可能になるようなより一層踏み込んだ分子間振動の分子論的描像を詳らかにできることが期待できる。
また，現在論文として投稿中のプロジェクトである芳香族性イオン液体の低振動数スペクトルのデータ集の構築と同様に，非芳香族性イオン液体についてもフェムト秒ラマン誘起カー効果分光で低振動数スペクトルを測定しそのデータ集を構築することも本研究課題で行いたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
平成27年度において，研究計画が予想以上に進み，当初見込んでいた実験の失敗（イオン液体の費用）などの経費が節減できた。また，次年度（H28年度）に非芳香族性イオン液体についてかなりのサンプル数が必要であることになったため，平成27年度において削減できた経費を次年度以降に使うことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度以降で行う非芳香族性イオン液体に関する研究において必要となるサンプルの購入に充てる。
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