Gas diffusion and formation of hydrates through water nanotubes

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05259
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Matsui Hiroshi 東北大学, 理学研究科, 准教授 (30275292)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ガスハイドレート / 水ナノチューブ / 水和 / 水素結合 / ガス吸蔵 / プロトン伝導 / 拡散

Outline of Final Research Achievements

Methane has many interests because of a novel fuel resource. We have succeeded in methane storage employing the hydrophilic nanochannel and water nanotube of molecular porous crystals under mild condition like room temperature, high relative humidity (80%RH) and low pressure (0.4 MPa). The process of methane storage that is accompanied by a dehydration from the nanochannel finally reaches the stable state via the metastable one. From the molecular dynamics simulation for those states, we have clarified the configuration and storage amount of water and methane molecules in the nanochannel.

Free Research Field

固体物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

マイクロ波測定から取得したプロトン伝導率と赤外吸光度スペクトルの組み合わせは、ナノ空間における水和状態と水分子数を決定する上で、有力な手段であることを示した。また、分子性ナノ多孔質結晶では初めて分子動力学計算に成功し、メタンの水和構造と吸蔵量を決定した。耐水性が高い分子性ナノ多孔質結晶は、マイルドな環境下でも、水蒸気との混合ガスから選択的にメタン吸蔵が行え、かつ、MOFに匹敵する高密度なメタン吸蔵が可能であることを明らかにした。