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2011 Fiscal Year Annual Research Report

マントル遷移層をモデル化した超高温・高圧下での水素結合性液体と溶媒和イオンの構造

Publicly Offered Research

Project AreaEarth Science Based on the High Pressure and Temperature Neutron Experiments
Project/Area Number 23103704
Research InstitutionSaga University

Principal Investigator

高椋 利幸  佐賀大学, 工学系研究科, 准教授 (70291838)

Keywordsカンラン石 / 塩化カルシウム水溶液 / 水和構造 / 水分子間水素結合 / J-PARC / PLANET / SPring-8 / 温度・圧力効果
Research Abstract

本研究では、マントルの主成分であるカンラン石に含まれる陽イオンMg^<2+>,Ca^<2+>,Fe^<3+>がマントル遷移層における超高温・高圧下の水中で形成する水和構造を、J-PARCに設置された超高圧中性子回折装置PLANETを用いて明らかにすることを目的とする。特に、中性子散乱法の利点を生かして第2溶媒和殻以降での水分子間水素結合や水素イオンの寄与について原子レベルで解明する。
塩化カルシウム水溶液CaCl_2・RH_2O(R=10)を対象として、PLANET実験の実施を計画していたが、震災後のJ-PARCの復旧に時間を要しているため実験が進展していない。そこで、SPring-8BL14Bに設置されたキュービックアンビル型高温高圧発生装置を用いてX線回折像を測定し、動径分布関数を得ることでCa^<2+>の水和構造を決定することにした。測定条件は、(1)等温300Kで圧力を0.5GPaから2.0GPaまで、(2)等圧1.0GPaで温度を400Kから700Kまでの2種類である。常温・常圧下でのCa^<2+>の6配位八面体水和構造と比較することで水和構造に対する温度および圧力効果を議論する。また、Cl^-とのイオン対形成の有無を考察する。
X線回折実験中に、水溶液試料はダイヤモンド容器(2.5φ-1.6L-1.5φ-1.2L)に保持する。ダイヤモンド容器は製作を終えている。高圧セルは、過去に水の高圧実験で使用実績のあるデザインのものを用いる。ダイヤモンド容器を高圧セルにセットし、これをキュービックアンビル型高温高圧発生装置に設置してX線回折測定を実施する。すでに、SPring-8のマシンタイム48時間を確保し、平成24年5月に測定を実施する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

震災後のJ-PARCの復旧に時間を要しているためPLANETを用いた高温・高圧下の中性子散乱実験が実施できていない。SPring-8 BL14Bに設置してあるキュービックアンビル型高温高圧発生装置を用いてダイヤモンド容器に保持した塩化カルシウム水溶液に対するX線回折実験を行い、Ca^<2+>の水和構造に対する温度および圧力効果を観測することとした。

Strategy for Future Research Activity

SPring-8 BL14Bを用いた高温・高圧下のX線回折実験の結果をもとに、中性子散乱実験の条件を設定する。X線回折実験でも、これまで報告のない高温・高圧下の実験を行うため、基礎的研究としての価値は高い。

  • Research Products

    (25 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (18 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Experimental Evidences for Molecular Origin of low-Q peak in Neutron/X-ray Scattering of 1-Alkyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide Ionic Liquids2011

    • Author(s)
      K.Fujii
    • Journal Title

      J.Chem.Phys.

      Volume: 135 Pages: 244502-1-244502-10

    • DOI

      10.1063/1.3672097

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solvation Properties of Aliphatic Alcohol-Water and Fluorinated Alcohol-Water Solutions for Amide Molecules Studied by IR and NMR Techniques2011

    • Author(s)
      T.Takamuku
    • Journal Title

      J.Solution Chem.

      Volume: 40 Pages: 2046-2056

    • DOI

      10.1007/s10953-011-9773-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Clusters of Imidazolium-based Ionic Liquid in Benzene Solutions2011

    • Author(s)
      T.Shimomura
    • Journal Title

      J.Phys.Chem.B

      Volume: 115 Pages: 8518-8527

    • DOI

      10.1021/jp203422z

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] N,N-Dimethylformamide-induced Phase Separation of Hexafluoroisopropanol-Water Mixtures2011

    • Author(s)
      T.Takamuku
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 13 Pages: 11222-11232

    • DOI

      10.1039/c0cp00338g

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Aggregation of Imidazolium-based Ionic Liquid, C12mimNO3, in Water and Benzene2011

    • Author(s)
      T.Shimomura
    • Journal Title

      Activity Report on Neutron Scattering Research

      Pages: 1253

  • [Journal Article] Studies on Phase Separation of Water-Miscible Organic Solvents-Water Mixtures by Addition of Several Solutes2011

    • Author(s)
      T.Takamuku
    • Journal Title

      Activity Report on Neutron Scattering Research

      Pages: 1252

  • [Presentation] イミダゾリウム系イオン液体と分子性液体の混合に関する分子論的研究2012

    • Author(s)
      高椋利幸
    • Organizer
      電気化学会第79回大会
    • Place of Presentation
      浜松市(依頼講演)
    • Year and Date
      2012-03-29
  • [Presentation] SANS法でみる分子性液体中におけるイオン液体の会合体形成2012

    • Author(s)
      高椋利幸
    • Organizer
      第3回中性子小角散乱解析法研究会
    • Place of Presentation
      大阪府(招待講演)
    • Year and Date
      2012-02-28
  • [Presentation] N-メチルイミダゾール系プロトン性イオン液体の酸塩基性とイオン伝導性2011

    • Author(s)
      土井寛之
    • Organizer
      第2回イオン液体討論会
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2011-12-16
  • [Presentation] 強塩基+アルコール溶液からの低温廃熱を用いるCO_2回収2011

    • Author(s)
      梅木辰也
    • Organizer
      第2回イオン液体討論会
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2011-12-16
  • [Presentation] Aggregation of Imidazolium-based Ionic Liquids in Water, Benzene and its Derivatives2011

    • Author(s)
      T.Takamuku
    • Organizer
      1st Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
    • Place of Presentation
      Tsukuba, Japan
    • Year and Date
      2011-11-23
  • [Presentation] 種々のアルコール-水混合溶液中におけるL-ロイシンの溶媒和構造2011

    • Author(s)
      波戸本洋平
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2011-11-16
  • [Presentation] ^7Li,^<23>Na NMR法で観測した塩化アルカリ塩誘起によるアセトニトリル-水混合溶液の相分離2011

    • Author(s)
      原槙宏樹
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2011-11-16
  • [Presentation] HFIP-水混合溶液のアミド分子に対する溶媒和と相分離2011

    • Author(s)
      高椋利幸
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2011-11-16
  • [Presentation] DBU-アルコール溶液のCO_2吸収と放散挙動2011

    • Author(s)
      梅木辰也
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] メソポーラスシリカ中に閉じ込めたイオン液体のX線構造解析2011

    • Author(s)
      杉野公昭
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] ベンゼン誘導体中におけるイオン液体のクラスター形成に対するベンゼン置換基の効果2011

    • Author(s)
      下村拓也
    • Organizer
      第34回溶液化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋市
    • Year and Date
      2011-11-15
  • [Presentation] Cluster Formation of Imidazolium-based Ionic Liquids in Methanol and Benzene Solutions2011

    • Author(s)
      T.Takamuku
    • Organizer
      Globalization Program of Graduate School of Science and Engineering
    • Place of Presentation
      佐賀市(Invited Lecture)
    • Year and Date
      2011-11-04
  • [Presentation] Effects of Benzene Substituents on Cluster Formation of Imidazolium-based Ionic Liquid in Benzene Derivatives2011

    • Author(s)
      T.Shimomura
    • Organizer
      Globalization Program of Graduate School of Science and Engineering
    • Place of Presentation
      佐賀市
    • Year and Date
      2011-11-04
  • [Presentation] Cluster of Imidazolium-based Ionic Liquid in Benzene Solutions2011

    • Author(s)
      T.Takamuku
    • Organizer
      EMLG/JMLG Annual Meeting 2011
    • Place of Presentation
      Warsaw, Poland
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] Absorption and Desorption Properties of CO_2 in DBU-Alcohol Systems2011

    • Author(s)
      T.Umecky
    • Organizer
      32nd International Conference on Solution Chemistry
    • Place of Presentation
      La Grande Motte, France
    • Year and Date
      2011-08-27
  • [Presentation] ベンゼン誘導体中におけるイオン液体のクラスター形成2011

    • Author(s)
      下村拓也
    • Organizer
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州市
    • Year and Date
      2011-07-09
  • [Presentation] アルコール-水混合溶液中におけるアミノ酸分子の溶媒和構造2011

    • Author(s)
      波戸本洋平
    • Organizer
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州市
    • Year and Date
      2011-07-09
  • [Presentation] 塩化アルカリ塩添加による水-アセトニトリル混合溶液の相分離2011

    • Author(s)
      原槙宏樹
    • Organizer
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州市
    • Year and Date
      2011-07-09
  • [Remarks] URL

    • URL

      http://solution.chem.saga-u.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2013-06-26  

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