2018 Fiscal Year Annual Research Report
Structure and properties of water confined in the nano-surface and space of carbon nanotube
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16H02079
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
本間 芳和 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (30385512)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
由井 宏治 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 教授 (20313017)
山本 貴博 東京理科大学, 工学部教養, 准教授 (30408695)
伊藤 哲明 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 准教授 (50402748)
千足 昇平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50434022)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水分子 / 相図 / 相転移 / 熱力学 / 相転移ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【CNT内包水・外表面吸着水の計測】直径1nmの単層カーボンナノチューブ(CNT)に内包された水について，固相の融点のCNT直径依存性を精密に計測し，閉じ込め空間と固相の相対的なサイズに依存して融点が変化することを明らかにした。また，CNT外表面の吸着水は-40℃程度までは相転移的挙動を示さず，温度の低下とともにCNTに圧縮歪を及ぼした。この水吸着層は液体よりも固体に近い性質を持つといえる。
【CNT内包水の相転移ダイナミクス計測】単層CNT内包水・吸着水の1H-NMRスペクトルと1/T1を測定し，運動自由度がほとんど無い水分子と運動自由度がある水分子の異なる2サイト分離に成功した。運動自由度のある水分子は内包水に対応すると考えられ，温度降下に伴い運動凍結を示すことを見出した。ただし，この凍結過程は急峻なものではなく，１次元ナノ空間の特殊性を反映した連続的な変化となっている。
【親水性表面の構造水の解析】ヘテロダイン検出振動和周波発生分光装置を構築し，常温常圧で親水性のシリカ表面に吸着した水の構造を解析した。その結果，シリカ表面の吸着水は低湿度環境であっても一部がバルク液体の表面と類似した構造をとる可能性が示唆された。また偏光変調外部反射分光装置を用いて液体窒素温度におけるシリカ表面への表面吸着氷構造を解析し，最表面氷は基板面内方向にのみ構造秩序を持つ表面特異的な構造をとることを明らかにした。
【水の構造・物性の理論的解析】水のIRスペクトルを高精度に計算できる新手法を開発した。従来法ではIRスペクトルの実験結果を再現できないが，電子状態を取り入れた新手法では，実験結果を見事に再現した。さらに，本手法をグラフェン表面の水のIRスペクトルに応用し，2950cm-1付近にバルク水には無いスペクトル構造を見出し，この起源がグラフェン表面に形成される水クラスターであることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(32 results)
