新奇な高圧氷の理論的予測とその相挙動

• 研究課題/領域番号: 25288008
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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: 田中 秀樹 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80197459)
• 研究分担者: 松本 正和 岡山大学, 大学院自然科学研究科, 准教授 (10283459)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2015年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2013年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: 水 / 氷 / ハイドレート / シミュレーション / 高圧

研究成果の概要

新たに発見された氷XVIとその他のハイドレート格子に対して、負の熱膨張率をはじめ種々の物性を理論的に予測・計算した。さらに、これらにゲスト分子が導入されてクラスレートとなったときに起こる、ゲストによる収縮や負の膨張率の消失などの物性の大きな変化の機構を解明した。また、ハイドレート分解過程の大規模並列計算により、実験に近い穏やかな条件でのメタンハイドレートの分解のシミュレーションを行い、分解機構を明らかにした。さらに、氷VII相に隣接するプラスチック相について、高温高圧側では、その相境界は一次相転移としてではなく、臨界線として現れること大規模長時間のMDシミュレーションから示した。

研究成果

• [雑誌論文] Thermodynamic Stability of Ice II and Its Hydrogen-Disordered Counterpart: Role of Zero-Point Energy (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Tatsuya ; Matsumoto, Masakazu; Yagasaki, Takuma; Tanaka, Hideki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 120 号: 8 ページ: 1843-1848
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b09544
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanism of Slow Crystal Growth of Tetrahydrofuran Clathrate Hydrate (2016)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, Takuma; Matsumoto, Masakazu; Tanaka, Hideki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 6 ページ: 3305-3313
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b10293
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anomalous thermodynamic properties of ice XVI and metastable hydrates (2016)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, Takuma; Matsumoto, Masakazu; Tanaka, Hideki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 93 号: 5 ページ: 054118-054118
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.054118
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Adsorption Mechanism of Inhibitor and Guest Molecules on the Surface of Gas Hydrates (2015)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, Takuma; Matsumoto, Masakazu; Tanaka, Hideki
  • 雑誌名: J. Amer. Chem. Soc. 巻: 137 号: 37 ページ: 12079-12085
  • DOI: 10.1021/jacs.5b07417
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chiral Ordering in Supercooled Liquid Water and Amorphous Ice (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Masakazu; Yagasaki, Takuma; Tanaka, Hideki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 115 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.197801
  • NAID: 120005691025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of thermodynamic inhibitors on the dissociation of methane hydrate: a molecular dynamics study (2015)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, Takuma; Matsumoto, Masakazu; Tanaka, Hideki
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 48 ページ: 32347-32357
  • DOI: 10.1039/c5cp03008k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reply to “Comment on ‘Spontaneous liquid-liquid phase separation of water’ (2015)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H.
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 91 号: 1 ページ: 016302-016302
  • DOI: 10.1103/physreve.91.016302
  • NAID: 120006346218
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure, dynamics and thermodynamic stability of high-pressure ices and clathrate hydrates (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuma Yagasaki, Kazuhiro Himoto, Tatsuya Nakamura, Masakazu Matsumoto, Hideki Tanaka
  • 雑誌名: Molecular Simulation 巻: 41 号: 10-12 ページ: 868-873
  • DOI: 10.1080/08927022.2014.951642
  • 説明: 印刷中
  • 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] 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] 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] 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] 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] Yet another criticality of water (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Himoto, M. Matsumoto, and H. Tanaka
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 16 号: 11 ページ: 5081-5087
  • DOI: 10.1039/c3cp54726d
  • 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] 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: 樋本和大、松本正和
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 161-171
  • 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
• [雑誌論文] van der Waals & Platteeuw モデルによるガスハイドレート相平衡推算の課題と展望 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内田努, 菅原武, 大垣一成, 田中秀樹, 竹谷敏, 谷篤史
  • 雑誌名: 高圧力の科学と技術 巻: 23 ページ: 141-147
• [雑誌論文] Statistical mechanical approach to the thermodynamic stability of clathrate hydrates (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka and M. Matsumoto
  • 雑誌名: Adv. Chem. Phys. 巻: 152 ページ: 421-462
• [学会発表] TCCI報告４ 重点課題「水素・メタンハイドレートの生成、融解機構と熱力学的安定性」 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中秀樹
  • 学会等名: 計算分子科学研究拠点 第6回研究会
  • 発表場所: 愛知県岡崎市 自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] サブ課題Ｃ「エネルギー・資源の有効利用 - 化学エネルギー」研究計画概要 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中秀樹
  • 学会等名: 重点課題⑤「エネルギーの高効率な創出，変換・貯蔵，利用の新規基盤技術の開発」第2回公開シンポジウム
  • 発表場所: 愛知県岡崎市 自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] アモルファス氷の微視的構造とカイラリティ (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 溶液化学シンポジウム
  • 発表場所: 高知市 高知大学
  • 年月日: 2015-10-22
  • 招待講演
• [学会発表] 解析と可視化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 分子シミュレーションスクール
  • 発表場所: 愛知県岡崎市 分子科学研究所
  • 年月日: 2015-10-14
• [学会発表] Water as a network (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本正和
  • 学会等名: 京都大学応用数学セミナー(KUAMS)
  • 発表場所: 京都市 京都大学
  • 年月日: 2015-05-19
• [学会発表] Precursors of ice nucleation (2015)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Matsumoto
  • 学会等名: Princeton workshop on ice nucleation
  • 発表場所: Princeton, USA (Princeton Center for Theoretical Science)
  • 年月日: 2015-04-23
  • 国際学会
• [学会発表] Thermodynamic Stability and Melting Dynamics of Clathrate Hydrates (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideki Tanaka
  • 学会等名: 4th CBNM 2015 - NAGANO
  • 発表場所: ホテルメトロポリタン長野（長野市）
  • 年月日: 2015-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] Structure,Dynamics and Thermodynamic Stability of Clathrate Hydrates and High Pressure Filled Ices (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideki Tanaka
  • 学会等名: The 5th Annual Basic ScienceInternational
  • 発表場所: malang（インドネシア）
  • 年月日: 2015-02-11
  • 招待講演
• [学会発表] 「京」を用いたメタンハイドレート融解ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 秀樹
  • 学会等名: 「自然科学における階層と全体」シンポジウム
  • 発表場所: 桑山ビル（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-01-20
  • 招待講演
• [学会発表] 水、氷、メタンハイドレートの相転移と水分子の動き (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 秀樹
  • 学会等名: 3D projection Conference on Molecular Science
  • 発表場所: 九州工業大学・情報工学部（福岡県飯塚市）
  • 年月日: 2014-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] 水素ハイドレートとfilled iceの安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中 秀樹
  • 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: 産業技術総合研究所臨海副都心センター（東京）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] Structure,Dynamics and Thermodynamic Stability of High Pressure Icesand Clathrate Hydrates (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideki Tanaka
  • 学会等名: 国立台湾大学理学院
  • 発表場所: Taipei（台湾）
  • 年月日: 2014-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] Structure, Dynamics, and Thermodynamic (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka
  • 学会等名: 3rd International Conference on Molecular Simulation
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 招待講演
• [図書] 分子熱統計力学: 化学平衡から反応速度まで (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中秀樹、高塚和夫
  • 総ページ数: 234
  • 出版者: 東京大学出版会