クラスレート化合物の結晶化制御と、新規な結晶および準結晶構造の設計

• 研究課題/領域番号: 24550025
• 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: 岡山大学
• 研究代表者: 松本 正和 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (10283459)
• 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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2012年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 理論化学 / 物理化学 / 分子動力学シミュレーション / 統計力学理論 / クラスレート化合物 / 相転移と臨界現象 / 核生成・結晶成長 / 準安定相 / 分子シミュレーション / 結晶の安定性 / 結晶構造選択則 / 準結晶

研究成果の概要

シミュレーションにより、様々な相転移過程における、新規な準安定構造・中間状態の発見があった。例えば氷が水になる(融解)過程でも、その変化は単に氷の構造が崩壊して液体になるわけではなく、いくつかの微視的なステップが介在する。同じように、メタンハイドレートの分解、超高圧下での氷VIIの凍結と融解でも、実験では見えていなかった多様で興味深い中間過程があることをシミュレーションにより多角的に示した。理論面では、クラスレートハイドレートの安定性に関する理論を拡張するとともに、結晶構造則をより明快に理解できる、一般化相図を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] 水素を含む高圧氷の構造と熱力学的安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hakim, L., Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H.
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 24 号: 4 ページ: 265-269
  • DOI: 10.4131/jshpreview.24.265
  • NAID: 130004841903
  • ISSN: 0917-639X, 1348-1940
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociation of Methane Hydrate in Aqueous NaCl Solutions (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, T., Matsumoto, M., Andoh, Y., Okazaki, S. & Tanaka, H.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 118 号: 40 ページ: 11797-11804
  • DOI: 10.1021/jp507978u
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frozen, Mostly. (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, M.
  • 雑誌名: JPSJ News and Comments 巻: 11 ページ: 13-13
  • DOI: 10.7566/jpsjnc.11.13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-One Ising Model for Ice VII-Plastic Ice Phase Transitions (2014)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto, Kazuhiro Himoto, Hideki Tanaka
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 118 号: 47 ページ: 13387-92
  • DOI: 10.1021/jp5049502
  • 説明: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diversity of transition pathways in the course of crystallization into ice VII (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Mochizuki, Kazuhiro Himoto, and Masakazu Matsumoto
  • 雑誌名: Physical Chemistory Chemical Physics 巻: 16 号: 31 ページ: 16419-16425
  • DOI: 10.1039/c4cp01616e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Bubble Formation on the Dissociation of Methane Hydrate in Water: A Molecular Dynamics Study. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, T., Matsumoto, M., Andoh, Y., Okazaki, S. & Tanaka, H.
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 118 号: 7 ページ: 1900-1906
  • DOI: 10.1021/jp412692d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous liquid-liquid phase separation of water (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H.
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 89 号: 2 ページ: 020301-020301
  • DOI: 10.1103/physreve.89.020301
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the thermodynamic stability of hydrogen hydrates in the presence of promoter molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H.
  • 雑誌名: SOLAR CHEMICAL ENERGY STORAGE: SolChES 巻: 1568 ページ: 46-52
  • DOI: 10.1063/1.4848090
  • 査読あり
• [雑誌論文] プラスチック氷の構造とダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 樋本和大、松本正和、田中秀樹
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 131-140
  • 査読あり
• [雑誌論文] 立体フラーレン型化合物の構造選択則 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松本正和、田中秀樹
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 161-171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defect pair separation as the controlling step in homogeneous ice melting (2013)
  • 著者名/発表者名: Mochizuki, K., Matsumoto, M. & Ohmine, I.
  • 雑誌名: Nature 巻: 498 号: 7454 ページ: 350-354
  • DOI: 10.1038/nature12190
  • 査読あり
• [雑誌論文] ガスハイドレートの熱力学的安定性について (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中秀樹、松本正和
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 23 ページ: 94-102
  • NAID: 10031183848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical Mechanical Approach to the Thermodynamic Stability of Clathrate Hydrates, (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, H. and M. Matsumoto, M.
  • 雑誌名: Adv. Chem. Phys. 巻: 152 ページ: 421-462
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metastable Polymorphs of Clathrate Hydrates (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumotoand H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81(SA005) 号: Suppl.A ページ: 8-8
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotational Dynamics of Plastic Ice. (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Himoto, M. Matsumoto, and H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81(SA023) 号: Suppl.A ページ: 5-5
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inclusion of Neon Inside Ice Ic and its Influence to the Ice Structure (2012)
  • 著者名/発表者名: L. Hakim,M. Matsumoto, K. Koga, and H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81(SA018) 号: Suppl.A ページ: 7-7
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa018
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Occupancy of Carbon Dioxide Clathrate Hydrates: Grandcanonical Monte Carlo Simulations (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumotoand H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81(SA027) 号: Suppl.A ページ: 6-6
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Dynamics of Aqueous Solutions of Electrolytes in Confined Space. (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamakawa, M. Matsumoto, and H. Tanaka
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 81(SA025) 号: Suppl.A ページ: 6-6
  • DOI: 10.1143/jpsjs.81sa.sa025
  • 査読あり
• [学会発表] 高圧と低圧での水の結晶化相転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本 正和
  • 学会等名: 放射光・中性子によるセラミックス原子相関解析研究会
  • 発表場所: 岡山(岡山大学)
  • 年月日: 2015-03-18
  • 招待講演
• [学会発表] "Complex network structure and dynamics of water" (2015)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto
  • 学会等名: 国際研究集会「Topological Data Analysis and Materials Science」
  • 発表場所: 仙台(東北大WPI-AIMR)
  • 年月日: 2015-02-21
  • 招待講演
• [学会発表] 分子動力学法による水の自発的液液相分離 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: エレクトロニクス基礎研究所ワークショップ「氷の準液体相と不凍現象」
  • 発表場所: 大阪府寝屋川市(大阪電通大 駅前キャンパス)
  • 年月日: 2014-11-14 – 2014-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] 氷、ハイドレートの核生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 第 14 回メタンハイドレート研究アライアンス講演会
  • 発表場所: 東京都(産総研臨海副都⼼センター)
  • 年月日: 2014-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] ゲストによるハイドレート構造の選択性の理論 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 第 14 回メタンハイドレート研究アライアンス講演会
  • 発表場所: 東京都(産総研臨海副都⼼センター)
  • 年月日: 2014-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] Phase transitions and critical phenomena of ice under high pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto, Kazuhiro Himoto, Kenji Mochizuki, and Hideki Tanaka
  • 学会等名: The 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography (IUCr2014)
  • 発表場所: Montreal, Canada.
  • 年月日: 2014-08-09
  • 招待講演
• [学会発表] Spontaneous separation in the supercooled water (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuma Yagasaki, Masakazu Matsumoto, and Hideki Tanaka
  • 学会等名: Miniconference on water
  • 発表場所: Boston, MA, USA (Boston University)
  • 年月日: 2014-07-27
  • 招待講演
• [学会発表] Melting and freezing dynamics of water (2014)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto
  • 学会等名: International Workshop “Over the Barriers of Transition Paths: Dynamical Processes in Proteins and Complex Molecular Systems"
  • 発表場所: Machida (Tokyo Institute of Technology)
  • 年月日: 2014-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] Melting Dynamics of Ice (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumoto
  • 学会等名: The Eigth International Conference on 
the Science and Technology for Advanced Ceramics(STAC8),
  • 発表場所: Yokohama (Mielparque Yokohama)
  • 年月日: 2014-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] 水の相転移ダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 第２回シンポジウム「生命科学に取り組む異分野の融合と交流の推進：スーパーコンピューター京と生命科学」
  • 発表場所: 岡山市
  • 招待講演
• [学会発表] 構造から考える水の液液共存
  • 著者名/発表者名: 松本 正和、矢ヶ崎 琢磨、田中 秀樹
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島市
  • 招待講演
• [学会発表] 低温の水・水溶液の特異な物性
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 第60回日本臨床検査医学会学術集会シンポジウム
  • 発表場所: 神戸市
  • 招待講演
• [学会発表] 水の液液相転移
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: TCCI実験化学との交流シンポジウム
  • 発表場所: 京都市
• [学会発表] Structure Selectivity of Clathrate Hydrates
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto
  • 学会等名: Workshop on Structure and Dynamics of Water in Gas, Liquid and Solid Phases
  • 発表場所: Taipei
  • 招待講演
• [学会発表] Structure Selectivity of Clathrate Hydrates
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto
  • 学会等名: Small workshop on Recent topics in Physics and Chemical Physics
  • 発表場所: 岡山
  • 招待講演
• [図書] Advances in Chemical Physics, Volume 152, Liquid Polymorphism (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, H. and M. Matsumoto, M.
  • 出版者: lWiley