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2012 Fiscal Year Annual Research Report

イオン液体中に形成される特異な溶媒和構造と自由エネルギー描像

Research Project

Project/Area Number 23350033
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

梅林 泰宏  新潟大学, 自然科学系, 教授 (90311836)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 亀田 恭男  山形大学, 理学部, 教授 (60202024)
金久保 光央  独立行政法人産業技術総合研究所, コンパクト化学システム研究センター, 主任研究員 (70286764)
神崎 亮  鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (50363320)
Project Period (FY) 2011-11-18 – 2014-03-31
Keywordsイオン液体 / 溶媒和
Research Abstract

溶媒和は、分離・精製の素反応であり分析化学の主たる課題の一である。イオン液体は、従来溶媒にない特異的な液体・溶媒和構造を示し、反応溶媒や電解質、分離・精製場として期待されている。本研究は、申請者らが独自に開発した分子シミュレーション支援液体構造解析法によるイオン液体による溶媒和構造解析に加え、分子シミュレーションに基づく溶媒和エネルギー評価により、イオン液体に溶解したCO2に焦点を絞り、構造とエネルギーの両面からイオン液体に特異的な溶媒和を原子・分子レベルで明らかにし、イオン液体の特異的な溶媒和を解明することを目的とする。具体的には、以下の研究を進める。
(1) イオン液体中のCO2溶媒和構造と溶媒和自由エネルギー評価
(2) イオン液体中のCO2のプロトン付加反応の構造と熱力学
(3) イオン液体中のCO2の電気化学的還元の分子論
(1)については、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムを陽イオン、TFSA(ビス-(トリフルオロメタンスルホニル)アミド)を陰イオンとするイオン液体について、高エネルギーX線回折(HEXRD)実験を行い、MDシミュレーションにより解析し原子レベルのCO2溶媒和構造を明らかにした。さらに溶媒和エネルギー解析を行い、引力領域の分布が陰イオンに大きく依存し構造からの描像と一致した。斥力領域では概ね一致しており排除体積効果の点で陰イオンに差がないことが見出された。(2)および(3)に関して、予備実験を完了し、概ね良好な結果を得た。今後、詳細な実験および解析を進める予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

イオンに吸収されたCO2の溶媒和構造について、最も典型的な1-アルキルー3-メチルイミダゾリウム系イオン液体のアルキル鎖依存性、陰イオン依存性の良好なデータが得られたことに加え、と溶媒和自由エネルギー計算も成功し、原子・分子レベルでCO2九州特性を明らかにすることができた。

Strategy for Future Research Activity

イオン液体陽イオンは、イミダゾリウム系が最もよく知られているものの、陰イオン
がTFSAであれば、多様な骨格構造を持つ陽イオンが知られており、陽イオン骨格構造を変えることで、その溶媒和も大きく変化する。今後は、イミダゾリウム系以外の用意音からなるイオン液体に研究を進める。

  • Research Products

    (18 results)

All 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 2 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Solvation Structure of Poly(ethylene glycol) in Ionic Liquids Studied by High-energy X-ray Diffraction and Molecular Dynamics Simulations2013

    • Author(s)
      Asai, H.; Umebayashi, Y. (6) et al. (7)
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 46(6) Pages: 2369-2375

    • DOI

      10.1021/ma400218e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of Lithium Salts on Shear Relaxation Spectra of Pyrrolidinium-Based Ionic Liquids2012

    • Author(s)
      Yamaguchi, Tsuyoshi; Mikawa, Ken-ichi; Koda, Shinobu; Serizawa, Nobuyuki; Seki, Shiro; Fujii, Kenta; Umebayashi, Yasuhiro
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 116 Pages: 7322-7327

    • DOI

      10.1021/jp3032308

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Analysis of Ionic Liquids with and without Lithium salt Using X-ray Photoelectron Spectroscopy2012

    • Author(s)
      Tsutomu Kurisaki, Daisaku Tanaka, Yoshiki, Inoue, Hisanobu Wakita, Babak Minofar, Shuhei Fukuda, Shin-ichi Ishiguro, Yasuhiro Umebayashi
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 116 Pages: 10870-10875

    • DOI

      10.1021/jp301658k

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Relationship between mesoscale dynamics and shear relaxation of ionic liquids with long alkyl chain2012

    • Author(s)
      Tsuyoshi Yamaguchi, Ken-ichi Mikawa, Shinobu Koda, Kenta Fujii, Hitoshi Endo, Mitsuhoro Shibayama, Hiroshi Hamano, Yasuhiro Umebayashi
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 136 Pages: 104511(1-7)

    • DOI

      10.1063/1.4751547

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Acid-base Property of N-methylimidazolium-based Protic Ionic Liquids Depending on Anion2012

    • Author(s)
      Ryo Kanzaki, Hiroyuki Doi, Xuedan Song, Shota Hara, Shin-ichi Ishiguro, Yasuhiro Umebayashi
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. B

      Volume: 116 Pages: 14146-14152

    • DOI

      10.1021/jp308477p

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Specific Solvation of Benzyl Methacrylate in 1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)amide Ionic Liquid2012

    • Author(s)
      Masaru Matsugami, Kenta Fujii, Takeshi Ueki, Yuzo Kitazawa, Yasuhiro Umebayashi, Masayoshi Watanabe, Mitsuhiro Shibayama
    • Journal Title

      Anal. Sci.

      Volume: 29 Pages: 311-314

    • DOI

      10.2116/analsci.29.311

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] N-メチルイミダゾール-酢酸当量混合液体の液体構造に関する研究2013

    • Author(s)
      土井寛之
    • Organizer
      電気化学会第80周年記念大会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      20130329-20130331
  • [Presentation] イミダゾリウム、N-メチルイミダゾリウムおよび N,N-ジメチルイミダゾリウム系イオン液体の最近接イオン間相互作用2012

    • Author(s)
      梅林泰宏
    • Organizer
      第3回イオン液体討論会
    • Place of Presentation
      沖縄県男女共同参画センター
    • Year and Date
      20121207-20121208
  • [Presentation] 高エネルギーX 線回折実験とMDシミュレーションによる種々の酸とN-メチルイミダゾール混合液体の液体構造に関する研究2012

    • Author(s)
      土井寛之
    • Organizer
      第3回イオン液体討論会
    • Place of Presentation
      沖縄県男女共同参画センター
    • Year and Date
      20121207-20121208
  • [Presentation] プロトン性 N-アルキルイミダゾリウム系イオン液体の輸送物性とイオン間相互作用2012

    • Author(s)
      梅林泰宏
    • Organizer
      第35回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      早稲田大学西早稲田キャンパス
    • Year and Date
      20121111-20121114
  • [Presentation] N-メチルイミダゾールと種々の酸からなるイオン液体類のイオン伝導特性とスペシエーション2012

    • Author(s)
      土井寛之
    • Organizer
      第35回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      早稲田大学西早稲田キャンパス
    • Year and Date
      20121111-20121114
  • [Presentation] Structural heterogeneity in aprotic and protic ionic liquids2012

    • Author(s)
      Yasuhiro Umebayashi
    • Organizer
      6th International Symposium on Molecular Thermodynamics and Molecular Simulation (MTMS’12)(招待講演)
    • Place of Presentation
      Higashi-Hiroshima, Japan
    • Year and Date
      20120925-20120928
    • Invited
  • [Presentation] イオン溶媒和 -非水溶媒・イオン液体がもたらしたもの-2012

    • Author(s)
      梅林泰宏
    • Organizer
      日本分析化学会第61年会 溶液界面研究懇談会(招待講演)
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス
    • Year and Date
      20120919-20120924
    • Invited
  • [Presentation] リチウム-グライム錯体系イオン液体中のリチウムイオン局所構造2012

    • Author(s)
      梅林泰宏
    • Organizer
      分析化学討論会第72回大会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • Year and Date
      20120519-20120520
  • [Presentation] イミダゾリウム、N-メチルイミダゾリウムおよびN,N-ジメチルイミダゾリウムイオン液体中の最近接イオン間相互作用と長距離秩序構造2012

    • Author(s)
      土井寛之
    • Organizer
      分析化学討論会第72回大会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学郡元キャンパス
    • Year and Date
      20120519-20120520
  • [Book] イオン液体の科学 新世代液体への挑戦 1-3-1 イオン液体の構造2013

    • Author(s)
      梅林泰宏 (イオン液体研究会監修)
    • Total Pages
      11
    • Publisher
      丸善
  • [Book] 改訂5版 電気化学便覧 第4章 4-1 電解質溶液2012

    • Author(s)
      梅林泰宏, 山口 毅 (電気化学会編)
    • Total Pages
      5
    • Publisher
      丸善
  • [Book] 錯体化学会選書8 錯体の溶液化学 2章4節 非水溶媒・混合溶媒中の金属イオンの溶媒和構造, 6章2節 熱力学的測定, 9章2節 イオン液体と錯体化学2012

    • Author(s)
      梅林泰宏 (横山晴彦, 田端正明 編)
    • Total Pages
      30
    • Publisher
      三共出版

URL: 

Published: 2014-07-24  

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