2022 Fiscal Year Annual Research 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, 理学研究科研究員 (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・3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的に予測できることを見出した。油水界面の両側に空間電荷層を有する電気二重層モデルを仮定して電気二重層内の静電ポテンシャルを求め，DFT計算と非ボルン型溶媒和モデルを用いて評価した化学的溶媒和エネルギーを加味することによって，イオン性界面活性剤の吸着エネルギーや界面での配向（配向角，回転角，侵入深さ）を理論的にシミュレーションできることが分かった。このことを具体的に立証するため，カチオン性界面活性剤である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／水界面での吸着反応について詳細な理論計算を行った。その結果，界面電位が負のときにはHTMA+が界面に吸着するが，界面電位が正になると吸着しないことが示された。この結果は，先に行われた界面張力測定（Kakiuchiら，1988）の実験結果とよく一致した。さらには，HTMA+の界面吸着において共存イオン（Br-, Cl-など）とのイオン対生成が影響することも理論的に確認できた。
最終年度の令和4年度においては，HTMA+の油水界面吸着に関する上記の計算結果を論文としてまとめ，学術雑誌に報告した（ChemElectroChem, 2022）。本論文の内容は高く評価され，Cover Pictureに選定された。
さらに最終年度においては，令和3年度に実施した本研究の発展的応用の一つである「臨界ミセル濃度(CMC)の理論的予測」の研究を進展させ，学術論文として発表する準備を整えた。この研究では非イオン性界面活性剤（ポリオキシエチレン系を除く）とイオン性の界面活性剤について，本計算法に基づいて評価した両相からの吸着エネルギーからCMCを精度よく見積もれることが示された。
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