微小空間中の分子混合状態のマクロ・メソスケールからの解明

• 研究課題/領域番号: 24550017
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 飯山 拓 信州大学, 学術研究院理学系, 准教授 (30313828)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 分子混合状態 / 微小空間 / ナノ空間 / マクロ・メソスケール / X線回折 / 吸着等温線 / 多成分 / 分子分離 / X線小角散乱

研究成果の概要

空間中の分子混合状態は、その重要性にもかかわらず、実験的困難のためにその解明が十分に進んでいない。本研究では申請者らが開発した「圧力フィードバック法」を応用し、成分別の吸着量、および吸着速度を正確に測定する新しい測定法を開発した。この装置を用いて、活性炭-水、メソポーラスシリカ-窒素系などの吸着速度からの機構解明を行った。また、活性炭-水-エタノール系等について、等温線測定とともにX線、中性子回折、およびリバースモンテカルロ法によって、その細孔内分子混合状態を明らかとした。これらの知見は、多孔体を用いた分子分離、分子貯蔵の効率化に有用な情報である。

研究成果

• [雑誌論文] Organoclays in water causes expansion that facilitates caffeine adsorption (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko Okada, Junpei Oguchi, Kenichiro Yamamoto, Takashi Shiono, Masahiko Fujita, Taku Iiyama
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 31 号: 1 ページ: 180-187
  • DOI: 10.1021/la503708t
  • 査読あり
• [雑誌論文] An X-ray investigation of the adsorption of methane, water, and their mixtures in carbon micropores (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Futamura, Sumio Ozeki, Taku Iiyama
  • 雑誌名: Carbon 巻: 85 ページ: 8-15
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2014.12.043
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kinetics of Cluster-mediated Filling of Water Molecules into Carbon Micropores (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Ito, Taku Iiyama, Sumio Ozeki
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 号: 8 ページ: 4118-4125
  • DOI: 10.1021/jp5118085
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kinetic Analysis of the Adsorption of Polar and Nonpolar Molecules onto Ordered Mesoporous Silica Using the Pressure-feedback Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Ito, Keisuke Asakura, Tomohiro Ogino, Taku Iiyama, Sumio Ozeki, Kazuyuki Nakai
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 4 ページ: 524-526
  • DOI: 10.1246/cl.141187
  • NAID: 130005062115
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Vertically Oriented Propylene Carbonate Molecules and Tetraethyl Ammonium Ions in Carbon Slit Pores (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Fukano, T. Fujimori, J. Ségalini, E. Iwama, P.-J. Taberna, T. Iiyama, T. Ohba, H. Kanoh, Y. Gogotsi, P. Simon, K. Kaneko
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 号: 11 ページ: 5752-5757
  • DOI: 10.1021/jp311896q
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of Water Adsorption on Hydrophobic Na-ZSM-5 and H-ZSM-5 by Directly Measuring Adsorption Isobars and Isotherms (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Ito, Taku Iiyama, Atom Hamasaki, Sumio Ozeki, Satoshi Yamazaki
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 41 号: 10 ページ: 1279-1281
  • DOI: 10.1246/cl.2012.1279
  • NAID: 10031120658
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Structure Determination of Hydrogen-bonding Network of Water in Hydrophobic Nanospace by Neutron and X-ray Diffractions (2012)
  • 著者名/発表者名: Taku Iiyama, Fumika Fujisaki, Ryusuke Futamura, Atom Hamasaki, Sumio Ozeki, Akinori Hoshikawa, Toru Ishigaki
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 41 号: 10 ページ: 1267-1269
  • DOI: 10.1246/cl.2012.1267
  • NAID: 10031120654
  • 査読あり
• [学会発表] Investigation of Intermolecular Structure of Water and Ethanol Binary Mixture in Slit-Like Pore by Diffraction Techniques and Hybrid Reverse Monte Carlo Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatsugu Yoshimoto, Taku Iiyama, Hiroyuki Makino, Takaaki Takagi, Kazuyuki Nakai, Sumio Ozeki, Toshiya Otomo
  • 学会等名: 7th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma2015)
  • 発表場所: 名古屋大学, 名古屋 (愛知県)
  • 年月日: 2015-03-30
• [学会発表] Determination of Intermolecular Structure of Water and Solutions Confined in Hydrophobic Nanospaces (2015)
  • 著者名/発表者名: Taku Iiyama
  • 学会等名: 7th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma2015)
  • 発表場所: 名古屋大学, 名古屋 (愛知県)
  • 年月日: 2015-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] イオン液体を用いた規則性メソポーラスシリカの吸着挙動制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 是兼 由李子、浅倉 啓介、飯山 拓、尾関 寿美男
  • 学会等名: 第95日本化学会春季年会
  • 発表場所: 日本大学理工学部船橋キャンパス, 船橋 (千葉県)
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] Applying the Diffraction Techniques and Reverse Monte Carlo Method to the Phase Transition of Water in Carbon Nanospaces (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaya Ohta, Ryusuke Futamura, Taku Iiyama
  • 学会等名: The 4th symposium on Future Challenges for Carbon-Based Nanoporous Materials (CBNM-4)
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野, 長野 (長野県)
  • 年月日: 2015-03-18
• [学会発表] 散乱法によるカーボンナノ空間内での分子混合状態の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉元 政嗣、飯山 拓、浜崎 亜富、尾関 寿美男、大友 季哉
  • 学会等名: 第41回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 大野城まどかぴあ, 大野城 (福岡県)
  • 年月日: 2014-12-08
• [学会発表] 吸着速度の直接測定による規則性メソポーラスシリカ/水蒸気吸着系の速度論的解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 浅倉啓介、伊藤博光、飯山拓
  • 学会等名: 化学工学会新潟大会2014
  • 発表場所: 新潟大学, 新潟 (新潟県)
  • 年月日: 2014-11-22
• [学会発表] ACF-液相吸着系における in-situ SAXS 測定とその検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田真彦、飯山拓、浜崎亜富、尾関寿美男
  • 学会等名: 第28回日本吸着学会研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学, 札幌 (北海道)
  • 年月日: 2014-10-23
• [学会発表] X線・中性子回折法を用いた制限空間内における水‐エタノール2成分系の分子間構造の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉元 政嗣、飯山 拓、牧野 浩之、浜崎 亜富、尾関 寿美男、大友 季哉
  • 学会等名: 第8回分子科学討論会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス, 東広島 (広島県)
  • 年月日: 2014-09-21
• [学会発表] ND, XRDによる、活性炭細孔に吸着した水の相転移現象の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 太田 貴也、近藤 智生、二村 竜祐、飯山 拓、尾関 寿美男、星川 晃範、石垣 徹
  • 学会等名: 第65回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 東京理科大学神楽坂校舎, 神楽坂 (東京都)
  • 年月日: 2014-09-03
• [学会発表] Structure determination of confined multi-component molecular systems by diffraction technique (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Iiyama, M. Yoshimoto, H. Makino, T. Takagi, K. Nakai, S. Ozeki
  • 学会等名: 10th International Symposium on the Characterisation of Porous Solids (COPS-X)
  • 発表場所: Auditorio Manuel de Falla at the Granada Congress & Exhibition Centre, Granada(Spain)
  • 年月日: 2014-05-12
• [学会発表] A direct measurement of rate of adsorption : a kinetics study of water adsorption on activated carbon fibre (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, T. Iiyama, A. Hamasaki, S. Ozeki
  • 学会等名: 10th International Symposium on the Characterisation of Porous Solids (COPS-X)
  • 発表場所: Auditorio Manuel de Falla at the Granada Congress & Exhibition Centre, Granada(Spain)
  • 年月日: 2014-05-12
• [学会発表] Phase Transition of Water in Hydrophobic Nanospaces: Structure Analysis by Neutron and X-ray Diffractions
  • 著者名/発表者名: Taku Iiyama, Ryusuke Futamura, Takaya Ota, Tomoki Kondo, Sumio Ozeki, Akinori Hoshikawa, Toru Ishigaki
  • 学会等名: 11th International Conference on Fundamentals of Adsorption (FOA11)
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] Intermolecular-structure of electrolytic solution in the carbon micropore
  • 著者名/発表者名: Taku Iiyama, Toshihiko Fujimori, Julie Segalini, Etsuro Iwama, Masafumi Fukano, Tsutomu Ito, Tomonori Ohba, Hirofumi Kanoh, Sumio Ozeki, Yury Gogotsi, Patrice Simon, Katsumi Kaneko
  • 学会等名: 2013 International Conference on Advanced Capacitors
  • 発表場所: Osaka
  • 招待講演
• [学会発表] Water Adsorption Kinetics on Microporous Carbon: From a Dependency on Pore Size
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Ito, Taku Iiyama, Atom Hamasaki, Sumio Ozeki
  • 学会等名: 11th International Conference on Fundamentals of Adsorption (FOA11)
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] nvestigation of Phase Transition Phenomena in Confined Spaces by Measuring Adsorption Isotherm and Isobar
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ogino, Taku Iiyama, Sumio Ozeki
  • 学会等名: 11th International Conference on Fundamentals of Adsorption (FOA11)
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] Investigation of the Structure of Confined Molecules in Crystal Porous Solids
  • 著者名/発表者名: Takaya Ota, Taku Iiyama, Atom Hamasaki, Sumio Ozeki
  • 学会等名: 11th International Conference on Fundamentals of Adsorption (FOA11)
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] 中性子回折による四塩化炭素の細孔内における構造の温度依存性
  • 著者名/発表者名: 吉元政嗣、牧野浩之、浜崎亜富、尾関寿美男、飯山拓
  • 学会等名: 第27回日本吸着学会研究発表会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] 活性炭-アルゴン系における吸着状態の制御と吸着構造
  • 著者名/発表者名: 近藤智生、飯山拓、浜崎亜富、尾関寿美男
  • 学会等名: 第27回日本吸着学会研究発表会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] 実測による微小空間中の分子混合状態の解明
  • 著者名/発表者名: 牧野浩之、飯山拓、高木和輝、仲井和之、浜崎亜富、尾関寿美男
  • 学会等名: 第27回日本吸着学会研究発表会
  • 発表場所: 千葉
• [学会発表] The Structure and behavior of water in confined hydrophobic spaces
  • 著者名/発表者名: Taku Iiyama
  • 学会等名: First International Symposium on Advanced Water Science and Technology
  • 発表場所: 名古屋
  • 招待講演
• [学会発表] 速度論的解釈によるミクロ孔性活性炭素繊維への水吸着現象
  • 著者名/発表者名: 伊藤博光、飯山拓、浜崎亜富、尾関寿美男
  • 学会等名: 第26回日本吸着学会研究発表会
  • 発表場所: つくば
• [学会発表] 等温線、等圧線測定による細孔内固液相転移現象の解明
  • 著者名/発表者名: 荻野智大、飯山拓、尾関寿美男
  • 学会等名: 第26回日本吸着学会研究発表会
  • 発表場所: つくば
• [産業財産権] 吸着速度測定方法 (2015)
  • 発明者名: 飯山拓、伊藤博光
  • 権利者名: 信州大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-008204
  • 出願年月日: 2015-01-20