包接化合物のCO2選択性向上に向けた結晶構造チューニング

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05594
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 神 裕介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (30462857)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ゲストホスト相互作用 / ガス分離 / 結晶合成

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き、構造H型を生成する新たなゲスト分子（LMGS）についてLMGS候補の選定を実施し、実際に構造H型ハイドレートが生成するかどうかについてメタン分子をヘルプ分子として実際に合成を試みた。新たに2つのLMGSの発見に成功した。今年度は既報のLMGSにおいても構造H型ハイドレートを作成し、新規に発見した構造H型ハイドレートを含め幅広い分子サイズで構造H型の結晶軸がどの様に変化するのかその傾向を調査した。昨年度の報告の通りLMGSの長手がc軸に沿って配位しているため分子長によって概ね結晶のc軸が変長することはもちろんのこと、LMGSの分子長に対してほぼ線形的にc軸が変長するすることが新たに確認できた。a軸に関しては、LMGSを除くとLMGSの分子長に対しては変化の感度が鈍いことが分かった。
既報のLMGSも含め12種のLMGSで生成する構造H型ハイドレートの結晶を比較から、CO2が最も入り難くなると考えられる結晶体積が最も小さくなるLMGSを選定し、CH4-CO2混合ガスを用いてCO2の包接性能評価に向けた装置の設計を行い、in situで気相のCO2成分の変化が観測できるシステムを構築した。
なお、構造H型 ハイドレートの生成が確認できなかったLMGS候補分子については、相平衡温度圧力条件ならびに結晶のPXRD計測を実施し、結晶構造の同定を実施した。その結果、ゲスト分子のサイズでは、既報のLMGSと同程度でも官能基によっては構造H型とならずに構造II型を生成するゲスト分子があることが分かり、今後の構造H型を生成するLMGS候補の探査についても重要な知見を得ることもできた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

構造H型ハイドレートを生成する新たなLMGSを発見することができ、既存のLMGSを含めて構造H型ハイドレートの結晶サイズにバリエーションがを持たせることに成功し、CO2が構造H型ハイドレート包接されにくい原因を探るためのバックデータが出揃ってきた。しかしながらケージサイズを検討するために利用する予定のラマン分光器において、分光器のコントローラーの不具合により、LMGSの分子形状によるケージサイズの変化の調査が不十分である。

Strategy for Future Research Activity

ラマン分光器のコントローラーについては、製造元（フランス）での今年度の早い段階で修理が完了する見込みである。今後の研究の進め方としては、 LMGSの分子形状によるケージサイズの変化の調査すると共に、LMGSの違いによるCO2の包接性を確認してく予定である。

Causes of Carryover

新規感染症の影響により学会参加ならびにハイドレート研究者との意見交換のための出張が困難であったことと、本事業以外での研究活動において使用していた物品・装置が使用できるようになったため次年度使用額が生じた。R4年度は生じた次年度使用額を有効活用し、反応容器の新規導入などで研究の加速化を図りたい。