2014 Fiscal Year Annual Research Report
常温常圧で安定な人工ガスハイドレート分子結晶の創成
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25620154
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
田所 誠 東京理科大学, 理学部, 教授 (60249951)
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2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水クラスター / ガスハイドレート / キセノン / 多孔質結晶 / 超分子 / 固体NMR / 金属錯体 / ガス吸蔵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Methane Hydrateは特異な氷構造をもつため、低温・高圧な条件でのみ安定に存在可能である。分子性ナノ多孔質結晶の空孔内部にClathrate Hydrate (CH) のような中空の1次元ナノチャネル形の水分子クラスター (Water Nanotube: WNT) を、常温常圧下で安定化させることに成功していた。特に、多孔質結晶{{[RuIII(H2bim)3](TMA)}2(H2O)30(THF)3}n (1) は、特異なWNT構造をもち、CHと同様にTHFを構成単位あたり3分子包接したWNTを形成していることが分かった。この結晶 1 は湿度を調整することでTHF分子のみ除去することが可能である。まず、CH4ガスを入れる前にCH4と同じ性質をもつXeを取り込むかどうか調査した。そして、50%RHの湿度でTHFを除去し、中心が中空のWNTをもつ結晶２を調製し、にXeガスを包接させることに成功したので、その人工Xeハイドレートの性質について学会で報告した。
この結晶2 をXeガス雰囲気下で直径φ4 mmの硬質ガラスのサンプル管に封入することで、WNT内部にXeを包接した結晶3 を得ることに成功した。封入するXeガスの圧力が高圧 (~20 atm) のものと低圧 (~7 atm) のものを準備し、それぞれ固体のXe-NMR及び2H-NMRを測定した。263 KにおけるXe-NMRのスペクトルを測定した。WNT内部に包接されるとXeのピークが、高圧では249 ppm、低圧では230 ppmに観測され、圧力によって包接されるXeの量や存在状態が異なることがわかった。また低圧でXeを導入した結晶においては、温度によってスペクトルの形状や強度が大きく変化し、243K～293 Kの温度範囲でXeガスを可逆的に吸放出することがわかった。このように人工ガスハイドレートとしてはじめてXeの吸脱着を初めて同定することに成功した。
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