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高輝度放射光並びに中性子プローブによる金属イオンのゲル液二相分配ダイナミクス解明

研究課題

研究課題/領域番号 14J00202
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 原子力学
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

中瀬 正彦  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 物質科学研究センター, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードゲル液抽出法 / f元素認識 / 単結晶X線構造解析 / 放射光EXAFS / 錯体化学 / 放射光EXAFS法 / ランタノイド分離 / ゲル
研究実績の概要

f元素認識用の有機配位子の合成スキームを整備し,一連のランタノイド(Ln(III))との単結晶を合成し,X線構造解析により元素間距離や結合角といった錯体構造を取得した.併せて各種配位子とLn(III)の酸乖離定数や錯形成定数を求め, 錯体構造と配位強さの相関を取得した.放射光EXAFS法でも一連のLn(III)と各種配位子との溶液中の錯体構造を取得し, 単結晶構造でフィッティングを行い構造を考察した.非対称な構造のN,Oハイブリッドドナー配位子は特定のLn(III)との錯形成定数が極大値を持ち, 配位子の基本骨格の選定が重要であることを明らかにした.
最終年度は配位子搭載型ゲルサンプル(例えば感温性N-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)など)にEu(III)やNd(III)を吸着させ, 何点かの温度で保持しながらSPring-8 BL11XUで放射光EXAFS計測を行った.その結果,硝酸Nd(III)水溶液, 硝酸Eu(III)水溶液や配位子を含まないNIPAゲルでは動径構造関数は温度上昇による熱振動増大により水和水のO等に由来する第一ピークが鈍化したが錯体構造の変化は見られなかった.配位子を搭載したNIPAゲル中では温度変化による膨潤収縮状態変化により若干近距離にシフトした.これはゲル中で錯体構造(水和水数や結合距離など)が溶液中と若干異なり, ゲルを用いた錯形成“場”の制御による錯体構造変化の可能性を示している.ゲル中では幾つかの構造の錯体が混在している可能性もあり更に実験条件を変化させてEXAFS法による錯体構造を取得し, 詳細なフィッティングによって溶液とゲル中の錯形成挙動の変化を明らかにする必要がある.
初年度から始めた有機合成に時間がかかり錯形成挙動, 吸着挙動, 錯体構造とゲルの化工物性との相関は十分に検討できなかったため, 今後の検討課題である.

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2017 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] Idaho National Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] アイダホ国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermodynamic, Spectroscopic and Computational Studies of f-Element Complexation by N-hydroxyethyl-diethylenetriamine-N,N',N'',N''-tetraacetic Acid2017

    • 著者名/発表者名
      T.Grimes, C.Heathman, S.J.Popova, Santa, V.Bryantsev, S.Goverapet, M.Nakase, P. Zalupski
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 56 号: 3 ページ: 1722-1733

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b02897

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structure and complexation studies on 2,2’-bipyridyl and trivalent lanthanide2015

    • 著者名/発表者名
      M.Nakase, K.Takeshita, T.Kobayashi, H.Shiwaku and T.Yaita
    • 雑誌名

      Separ. Sci. Technol.

      巻: 50 ページ: 2832-2835

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Structure and complexation studies on 2,2’-bipyridyl and trivalent lanthanide2015

    • 著者名/発表者名
      M.Nakase, K.Takeshita, T.Kobayashi, H.Shiwaku and T.Yaita
    • 雑誌名

      Separation Science and Technology

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] N,O-hybrid donor ligands for separation of f-elements by solvent Extraction2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nakase, T. Kobayashi, H.shiwaku, S.Suzuki and T.Yaita
    • 学会等名
      EMN Meeting on Actinde
    • 発表場所
      Orlando, Florida, US
    • 年月日
      2016-12-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Some approaches toward recognition and separation of f-elements by N,O-hybrid donor ligands2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nakase
    • 学会等名
      平成28年度第24回先導原子力研コロキウム
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2016-10-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] f元素認識・高度分離用配位子の開発と錯体構造制御による化学種分離アプローチへの挑戦2016

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦
    • 学会等名
      ぎんぎんセミナー
    • 発表場所
      青森原燃テクノロジーセンター(青森県東北町)
    • 年月日
      2016-08-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 酸素・窒素ヘテロドナー型配位子による4f,5f-電子系元素のイオンサイズ認識機構メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      小林徹, 中瀬正彦, 鈴木伸一, 塩飽秀啓, 矢板毅
    • 学会等名
      日本原子力学会2016春の年会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] f元素認識, 高効率分離を目指した溶媒抽出法からゲル液抽出法への展開2016

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦,小林徹,竹下健二,矢板毅
    • 学会等名
      JAEA放射光シンポジウム2016
    • 発表場所
      SPring-8(兵庫県佐用郡佐用町)
    • 年月日
      2016-02-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 酸素・窒素ヘテロドナー型配位子による4f,5f-電子系元素のイオンサイズ認識機構メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      小林徹中瀬正彦鈴木伸一塩飽秀啓,矢板毅
    • 学会等名
      JAEA放射光シンポジウム2016
    • 発表場所
      SPring-8(兵庫県佐用郡佐用町)
    • 年月日
      2016-02-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Size recognition properties of multidentate N-donor ligands for f-series elemets2015

    • 著者名/発表者名
      M.Nakase, T.Kobayashi, K.Takeshita, H.Shiwaku, T.Yaita
    • 学会等名
      The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, US
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 錯体構造と配位強さの相関の理解に基づいたf元素分離用配位子の設計2015

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦
    • 学会等名
      第228回JAEAコロキウム
    • 発表場所
      SPring-8(兵庫県佐用郡佐用町)
    • 年月日
      2015-12-02
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] MA選択的配位子によるイオン認識機構の解明と分子設計2015

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦
    • 学会等名
      群分離・ADS核変換関連研究平成27年度研究生及び任期付職員合同研究発表会
    • 発表場所
      日本原子力研究開発機構(茨城県東海村)
    • 年月日
      2015-11-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 錯体構造と配位強さの相関に基づくランタノイド(III)イオンのサイズ認識2015

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦, 小林徹, 塩飽秀啓, 矢板毅, 竹下健二
    • 学会等名
      第34回溶媒抽出討論会
    • 発表場所
      金沢工業大学(石川県野々市市)
    • 年月日
      2015-10-23
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 多座Nドナー配位子や多座N,Oヘテロドナー配位子によるランタノイド(III)イオンのサイズ認識2015

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦,小林 徹,塩飽秀啓,矢板 毅,竹下健二
    • 学会等名
      日本原子力学会2015秋の年会
    • 発表場所
      静岡大学(静岡県浜松市)
    • 年月日
      2015-09-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 放射光XAFSによるフェナントロリンアミド誘導体-ランタノイド(III)錯体構造とその相互作用の解明2015

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦,小林徹, 竹下健二,塩飽秀啓,矢板毅
    • 学会等名
      日本XAFS研究会第18回XAFS討論会
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究機構(茨城県つくば)
    • 年月日
      2015-07-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Study on gel/liquid extraction - current status and future perspectives -2015

    • 著者名/発表者名
      M. Nakase
    • 学会等名
      7th HOPE MEETING
    • 発表場所
      ザ・プリンスパークタワー東京(東京都港区)
    • 年月日
      2015-03-01 – 2015-03-05
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Structure and complexation studies on 2,2’-bipyridyl and trivalent lanthanide2014

    • 著者名/発表者名
      M.Nakase, K.Takeshita, T.Kobayashi, T.Yaita
    • 学会等名
      18th symposium on separation science and technology for energy applications
    • 発表場所
      Oak Ridge National Laboratory, Tennessee, US
    • 年月日
      2014-10-27 – 2014-10-30
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 2,2’-bipyridyl-ランタノイド錯体の錯形成挙動2014

    • 著者名/発表者名
      中瀬正彦, 小林徹, 宮崎有史, Awual Md. Rabiul, 塩飽 秀啓, 鈴木伸一, 矢板毅
    • 学会等名
      平成26年度 量子ビーム応用研究センター研究交流会
    • 発表場所
      姫路モノリス(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2014-08-20 – 2014-08-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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