2021 Fiscal Year Annual Research Report
微量元素の化学研究を通した重元素の理解 モデルケースの提供
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21H01951
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
笠松 良崇 大阪大学, 大学院理学研究科, 教授 (70435593)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北河 康隆 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (60362612)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 重元素 / 相対論効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究全体の目的としては、第3-5周期の2-6族元素の様々な単核錯体に関する化学研究を実施することであり、その中で溶媒抽出や質量測定、XAFS測定等を実施する。
2021年度は、4族元素のシュウ酸、マロン酸錯体の基礎実験や6族元素の水酸化物錯体、2族元素の水酸化物錯体や硫酸錯体に関する基礎実験を進め、実験データを順調に蓄積しつつその化学的性質を調べている。分光装置の導入なども行い、化学分析環境の整備も行った。また、作成した錯体の質量分析を進め、さらに大強度X線照射施設であるあいちシンクロトロン光センターを利用し、SrとBaの様々な錯体のXAFS分析にも初めて挑戦した。標準物質となる硝酸塩や水酸化物沈殿に関しては文献と一致した結果が得られた。クラウンエーテル錯体に関しても硝酸系に関しては過去の文献通りの結果が得られ、今回新しく塩酸系の結果も得ることができた。得られた知見は、抽出率を求めた実験の結果と整合性のあるものであった。
計算研究においては、通常の化学計算だけでなく相対論的量子化学計算が行える環境を整えた。4族元素のハロゲン化物錯体や水酸化物錯体、2族元素の水和物やクラウンエーテル錯体などの計算を進めた。水和状態に関しては、2族元素に対して過去のFAXS測定結果と一致する値が得られ、さらにノーベリウムの水和構造も計算することができた。ノーベリウムの水和に関しては、錯形成における初期状態として貴重な情報が得られた。
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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
4族元素や6族元素、2族元素などの基礎実験は順調に進んでいる。固液抽出や沈殿の挙動を様々な条件で調べ、単一原子状態でしか取り扱うことのできない重元素の研究に適した反応系を探索している。
極微量元素を対象とした質量測定装置の開発に関しては、半導体価格の高騰などの影響により断念し、質量測定に関しては既存の装置の利用を推進し、XAFS測定に注力することで同族元素の化学種測定を進めた。
結果として、質量測定によってこれまでに報告のない多核錯体の形成を観測することに成功した。ただし、固体試料の質量測定は困難であった。対して、XAFS測定は液体よりも固体試料に対して統計の良いデータを得ることができた。こちらは動径分布の観測からでは明確な周辺元素の情報を得ることが難しく、今後2次元解析などに取り組むことを予定している。
計算に関しては、予定していた通常の量子化学計算環境と相対論計算のできる環境を整えることができた。実際の計算はまだ過去にデータの得られている軽い元素の実験結果に対するものとして、ベンチマーク計算や錯体の安定度の計算などを行っている。実績欄に記載したように2族元素の水和に関しては、非常に有用なデータが得られている。
以上より、各方面においておおよそ順調に研究が進んでいると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、引き続き基礎実験とその化学分析、量子化学計算による考察を進めていく予定である。これまでの反応系を進めると共に新しい系として2族元素の多座配位子を含めた有機錯体などにも挑戦していく予定である。XAFSに関しては、解析を進めていく。得られた情報を元にさらに元素や錯体を変更して分析を進めていきたいと考えている。必要に応じて、さらなる追加実験としてのXAFS実験も予定している。
量子化学計算については、軽い同族元素に関しては実験データをサポートするような結果が得られている。今後は相対論効果を考慮した重元素の計算にも着手していきたいと考えている。これにより今まで得られている104番元素や102番元素の化学挙動と照らし合わせることでその化学的性質の解明につながると期待している。
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