2021 Fiscal Year Research-status Report
非ボルン型溶媒和モデルによる油水界面での分子吸着のメカニズム解明
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20K05554
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大堺 利行 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (30183023)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
枝 和男 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00193996)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 油水界面 / 界面活性剤 / 吸着 / 電気二重層 / 非ボルン型溶媒和モデル / 臨界ミセル濃度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度において，イオン性界面活性剤の油水界面での吸着挙動を非ボルン型溶媒和モデルを用いて理論計算できることを見出した。本年度においては，一つのカチオン性界面活性剤（ヘキサデシルトリメチルアンモニウム；HTMA+）のニトロベンゼン／水界面の吸着反応に焦点を当て，より詳細な検討を行った。
HTMA+イオンが油相から界面に吸着し，水相側へ脱着する過程において，界面の電気二重層による静電ポテンシャルと非ボルン型溶媒和モデルから見積もられる化学的ポテンシャルが，それぞれどのようにHTMA+の吸着エネルギーに寄与するのかを定量的に評価できることを示した。また，化学的エネルギーについてエネルギー分割を行うことによって，HTMA+の界面吸着においてアルキル基の疎水性相互作用（いわゆる空孔形成エネルギー）が大きな寄与を示すことが明らかになった。これらの結果は，界面張力測定による実験的報告と良い一致を示した。
さらに，本計算法の発展的応用の一つとして，界面活性剤の特性を示す重要な尺度である臨界ミセル濃度（CMC）の理論的予測を試みた。CMCの実験値が報告されている様々なイオン性と非イオン性界面活性剤について，油水界面での吸着エネルギー（油相から界面および水相から界面）を理論的に見積もった。ポリオキシエチレン系界面活性剤以外の非イオン性界面活性剤とイオン性の界面活性剤について，両相からの二種類の吸着エネルギーを説明変数とするとCMCの対数値を精度良く回帰分析できることが示された。
なお，本研究と密接に関連するフッ素系溶媒／水界面でのイオン移動エネルギーの測定と非ボルン型溶媒和モデルを用いる理論解析に関する論文（３報）を発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」で述べたように，当初の研究計画に準じて概ね順調に研究成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２ー３年度において，イオン性の界面活性剤の油水界面吸着の理論的予測について信頼度の高い有用な研究成果が得られた。また，界面活性剤の臨界ミセル濃度（CMC）に関する興味ある知見も得られた。最終年度の令和４年度においては，これらの研究成果を学術論文として報告する方針である。
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| Causes of Carryover |
コロナ感染のため対面式の学会がなかったことにより，旅費が不要になったため。
次年度使用額は8万円程度であり，本年度予算と合わせて執行できるものと思われる。
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[Journal Article] Fluorination Effect on the Gibbs Transfer Energy for Methylene Group from 1,2-Dichloroethane or 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluoropentane to Water2021
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