2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of functional open spaces in two-dimensional inorganic nanoagglomerates
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18K04884
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| Research Institution | Tokyo Gakugei University |
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Principal Investigator |
佐藤 公法 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (00401448)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 二次元物質 / ナノシート / 機能性ナノ空間 / ポジトロニウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元無機ナノ凝集体は，厚さ約1ナノメートルで，数十ナノメートルからミクロンオーダーまで二次元的な広がりを持って配列するシート状の平面凝集体である。本研究では，二次元構造に起因する特異な電子状態，及び局所構造に着目し，化学的活性性，優れた物質捕獲能を有する新規機能性ナノ空間を創成することを目的とする。初年度は，ナノシートに対する基本操作として，シートの並進移動，回転，切断による細分化，湾曲に着目した。これら4つの基本操作により，ナノシートを任意幾何学的に空間配列し，ナノ空間の構築が可能であることを示した。次年度は，実際にナノシートで構築されたナノ空間を，ポジトロニウム（Ps）分光法により調べた。Ps寿命測定法により得られたナノ空間サイズは数オングストロームから数十オングストロームスケールであることがわかった。上記ナノ空間内のセシウム吸着サイトを定量する方法を確立した。さらに，セシウムの脱着メカニズムも示した。最終年度は，上記ナノ空間への二酸化炭素分子（CO2）の吸着について調べた。CO2吸着に伴うCsサイトの変化を調べるために，133Cs 核磁気共鳴法（NMR）を推進した。CO2サイトからも調べるために，13C-CO2ガスフローを行い，13C NMRを推進した。CHN元素分析などの化学分析データと組み合わせて，炭酸塩化により固定されたCO2濃度を定量した。その結果，ナノシートで構成されるナノ空間中に導入されたガス状のCO2分子の約87％が四重極相互作用により物理吸着することがわかった。一方で，CO2分子はナノシートエッジに弱くイオン結合した酸素原子を大気中でピックオフし，炭酸塩イオンCO32-として活性化することもわかった。これにより，導入されたCO2分子の約13％がナノ空間内表面に存在するアルカリ金属イオンに化学吸着し，安定に固定されることが判明した。
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