2015 Fiscal Year Research-status Report
気液界面におけるアミン系塩基性溶液によるCO2吸収反応機構に関する分子論的研究
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26420773
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| Research Institution | Research Institute of Innovative Technology for the Earth |
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Principal Investigator |
山田 秀尚 公益財団法人地球環境産業技術研究機構, その他部局等, 研究員 (60446408)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | アミン / 気液界面反応 / 遷移状態解析 / 絶対反応速度論 / 二酸化炭素 / 比誘電率 / 分子動力学法 / 連続誘電体モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、アミン等の塩基性分子種によって二酸化炭素が選択的に捕獲される反応を対象に、バルク溶液、気液界面などの反応場によって異なる機構に着目して解析研究を行っている。昨年度までに、反応場を表わす指標として比誘電率を採用し、同軸プローブ法による誘電率測定、連続誘電体モデルと密度汎関数法を組み合わせた反応エンタルピー解析等を実施し、反応場の誘電率に依存した反応性を精度良く記述できるモデルを見出している。本年度は、さらに極限的反応座標計算解析を進め、広い比誘電率範囲（1～78）において、反応系、遷移状態および生成系のエネルギーダイアグラムを、異なるタイプのアミン（1級、2級、1価アニオン、環状、鎖状）に対して作成し、新たな反応機構に関する知見を見出した。さらに、キネティクスやダイナミクスをより詳細に検討するために、分子動力学シミュレーション解析および絶対反応速度論に基づく反応シミュレーションによる理論検討にも着手した。実験においては、気液界面の特異的な反応性を検証すべく、アルカノールアミン水溶液について、エレクトロスプレー質量分析法とマイクロジェット発生の原理を応用した気液界面反応測定を実施した。その際、計画に沿って、プロトンやCO2以外の化学種（ラジカル種）との反応についても検討した。その結果、当初の予想とは異なり、ある種のアルカノールアミンは界面活性ではないということが判明した。今後、再検討した対象アミン種の実験を実施するとともに、界面活性／不活性を決める支配因子を解明すべく理論計算を進める予定である。
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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
理論計算および実験による計画からなる本研究課題は、実験において当初は予期していなかった結果を得たことで、対象試料等、計画の一部を変更した。この実験で得られた新たな知見に基づき再検討を行い、別手法の実験準備も進めている。また、理論計算においては、モデルを当初の予定よりもより広く拡張し、一定の成果を挙げている。したがって、総合的には概ね順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
対象試料の再検討結果に基づき、新たに設計した分子種について実験および理論計算を行う。また、本年度に浮き彫りとなった課題（界面活性／不活性を決める支配因子の解明）を検討する。以上より、本研究課題も目的「アミンの分子構造が反応場特有の反応性に及ぼす影響および因子を解明すること」を果たす。
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| Causes of Carryover |
前述のように実験結果を受けて、一部対象試料等の計画を変更した。その結果、本年度に予定していた新規化学種の合成外注を見送ったため、その費用とその化学種を用いた実験に必要な消耗品費におおよそ相当する次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の研究計画に沿いつつ、前年度の残額相当分を、新たに計画した実験に必要な試薬および消耗品等に使用する予定である。
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