2019 Fiscal Year Research-status Report
Studies on Phase Separation of Ionic Liquid-Molecular Liquid Mixtures with UCST and LCST on the Molecular Scale
| Project/Area Number |
18K05038
|
|---|
| Research Institution | Saga University |
|---|
Principal Investigator |
高椋 利幸 佐賀大学, 理工学部, 教授 (70291838)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | イミダゾリウム系イオン液体 / シクロエーテル / ホルムアミド / ホスホニウム系イオン液体 / 水素結合 / 双極子－双極子相互作用 / 3D-Ising / 平均場 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
赤外分光、1H, 13C NMR及び小角中性子散乱(SANS)法で解明したイミダゾリウム系イオン液体1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide（C4mimTFSA）とシクロエーテル類、tetrahydrofuran(THF), 1,4-dioxane, 1,3-dioxaneとの混合状態については、イミダゾリウム環とシクロエーテルとの水素結合とTFSA陰イオンに対するシクロエーテルの双極子-双極子相互作用が主に影響していることを結論した。この結論を分子動力学(MD)シミュレーションによって計算化学的に実証した。これらの研究成果を、Physical Chemistry Chemical Physicsに掲載した。
オクチル基を有するイオン液体C8mimTFSAと1,4-dioxaneとの混合溶液は温度低下に伴う相分離を起こす（UCST型相分離）。SANS法で決定した臨界指数νは、UCSTモル分率では3D-Ising機構で、その前後のモル分率では平均場機構で相分離が起こることを示した。すなわち、3D-Isingから平均場へ相分離機構のクロスオーバーが起こることがわかった。このクロスオーバーは、イオン液体－分子性液体混合溶液の相分離では世界で初めての発見である。
新たにC8mimTFSA-ホルムアミド混合溶液がUCST型相分離を起こすことを発見した。この相分離には、ホルムアミド分子間の強い水素結合が主に寄与していることを考察した。
さらに、ホスホニウム系イオン液体tetrabutylphosphonium trifluoroacetate（P4444TFA）－水混合溶液は温度上昇にともなう相分離（LCST型相分離）を起こす。現在、この系に対する相図を作成している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
UCST型相分離を生じるC4mimTFSA－シクロエーテル混合溶液系については、相分離機構のクロスオーバーを世界で初めて明らかにすることができた。この研究成果を論文として投稿準備中である。
新たに発見したC8mimTFSA－ホルムアミド混合溶液のUCST型相分離については、赤外分光やNMR法でイミダゾリウム環とホルムアミドの水素結合が弱いこと、これに対して、ホルムアミド分子間の水素結合が強いことが相分離の主要因であることを解明できた。すでに、SANS測定も実施しており、現在、SANSプロファイルから臨界指数νを決定している。
LCST型相分離を起こすP4444TFA－水混合溶液については、相図作成を終えつつある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
UCST型相分離を起こすC8mimTFSA－ホルムアミド混合溶液については、イミダゾリウム陽イオンのアルキル鎖をオクチル基以外の鎖長に変えて相図を作成する。相図から相分離に対するアルキル鎖長の影響をマクロスコピックに考察するほか、赤外分光、NMR法でミクロスコピックにイミダゾリウム環とホルムアミドの水素結合及びホルムアミド分子間の水素結合を観る。SANS測定から臨界指数νを決定し、相分離の機構を議論する。
LCST型相分離を起こすP4444TFA－水混合溶液については、赤外分光、1H, 13C NMR法及びSANS法で研究を進める。さらに、MD法によって理論的な裏付けを行う。
|
| Causes of Carryover |
物品費が予算額よりも少額の執行であるのは、主に大学内の年次予算で物品購入を賄ったためである。次年度は、イオン液体合成のための試薬費が多額に必要であり、余剰金はこれに使用する予定である。
|
Research Products
(28 results)
-
-
[Journal Article] Mixing states of imidazolium-based ionic liquid, [C4mim][TFSI], with cycloethers studied by SANS, IR, and NMR experiments and MD simulations2020
Author(s)
Kawano Masahiro, Sadakane Koichiro, Iwase Hiroki, Matsugami Masaru, Marekha Bogdan A., Idrissi Abdenacer, Takamuku Toshiyuki
-
Journal Title
Physical Chemistry Chemical Physics
Volume: 22
Pages: 5332～5346
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
