2007 Fiscal Year Annual Research Report
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18066011
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
田中 秀樹 Okayama University, 大学院・自然科学研究科, 教授 (80197459)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
甲賀 研一郎 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 准教授 (10315020)
三島 修 物質材料研究機構, 物質研究所, 主席研究員 (10133141)
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| Keywords | 水 / 制約空間 / クラスレート / 水素 |
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| Research Abstract |
本研究では、実験的に困難である占有率の圧力依存性の理諭的予測法を確立し、それを水素クラスレートに適用した。Grandcanonical Monte Carlo(GCMC)シミュレーションは、グランドカノニカル集団(温度T、体積V、化学ポテンシャルμが決定された、粒子の出入りがある開いた系)を扱ったシミュレーション法である。仮想的な、ゲスト分子の気体とクラスレート内のケージを占有するゲスト分子との平衡を考えると、ゲスト分子のケージ占有はケージを吸着点とみなすことで吸着現象として扱うことができる。このとき占有しているゲスト分子は、ゲスト流体と平衡にある学ポテンシャルμを持つグランドカノニカル集団としてみなす。一方、ホストの結晶格子をなす水分子は統計力学のモデル計算ではカノニカル集団(温度T、体積V、粒子数Nが決定された閉じた系)として扱うのが便利であるが、シミュレーションではホストである水に対しては(N、T、圧力P)一定のほうが現実的である、またゲストに対しては(μPT)一定とし、また水素の化学ポテンシャルμはPとTで規定される値に定める。このために、余分なガスなどを考慮することなく、クラスレートの体積の温度と圧力依存性が得られることになる。事前に決定した化学ポテンシャルを用いて、水素クラスレートの占有状態を明らかにするためのGCMCシミュレーションを行った。大ケージでは圧力に応じて水素分子の占有状態が大きく変化する。、高圧になるにつれてより多くの水素分子がケージに入っていき、600MPaでは大ケージの40%近くを最大4個の水素分子が占有するという結果が得られた。これに対して、小ケージは圧力をあげても占有状態はあまり変化せず、ほとんどのケージが単一の水素分子に占められるという結果となった。
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