| 研究課題/領域番号 |
15K05645
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
大久保 貴広 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (30385554)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ナノカーボン / 陰イオン吸着分離 / 水和イオン / ミクロ孔 / XAFS |
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| 研究実績の概要 |
これまでに、陰イオンが炭素材料のナノ空間に選択的に吸着する可能性を示す複数の実験結果を得ているが、炭素材料の表面は一般にパイ共役系により負電荷を帯びており、陰イオンが選択的に吸着できる環境ではない。本研究は、炭素材料に対する陰イオンの選択的吸着メカニズムの解明を図り、その知見を活かした陰イオンの選択的な吸着と分離が可能な炭素材料の設計・創製を行うことを目的としている。平成27年度は、これまでの予備的検討の流れを引き継ぎBrイオンの吸着機構に関する検討を行った。炭素材料としては細孔サイズがはっきりとわかっている単層カーボンナノチューブ（SWCNT;平均細孔径1.3 nm）を用いると共に、比較として平均細孔径が既知の活性炭（AC；平均細孔径0.63, 1.1 nmの2種類）も用いた。平成27年度における主な成果は以下の3点である。
1, SWCNTの末端を自在に開閉する方法を確立すると共に、チューブ状細孔内部で形成される吸着相の密度を正確に求めることに成功した。SWCNTについてはチューブ内部のみならず、チューブ間や表面官能基への吸着も考慮する必要があるが、本研究で得られた成果はチューブ内部で形成される吸着相のみを選択的に解析できることを示している。今後、チューブ内部に制約されたイオンの吸着密度状態を詳細に解析する予定である。
2, ACを用いた検討の結果、細孔の表面にプロトンの吸着相が形成されることで、Brイオンが特異的に吸着できる場が形成されることがわかった。
3, 炭素材料の平均細孔径が水和アニオンサイズと同程度の場合、狙いとするハロゲン化物イオンを選択的に吸着分離することが可能であることがわかった。本来、炭素材料は金属イオン等のカチオン種の吸着に有効であると考えられてきたが、プロトンの介在によりアニオンの吸着分離に対しても有効であることを示す知見を得た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成27年度の目標の一つに、カチオン種の違いがBrイオンの吸着密度に与える影響について検討することを挙げていたが、RbイオンとSrイオンを用いた検討に留まった。平成28年度に引き続き他のカチオン種を用いた検討を行う予定である。一方で、SWCNTの末端構造制御については当初の計画には記されていなかったが、チューブ内部の構造を正確に求める上で重要な知見・技術である。チューブ末端を制御する手法を確立できたことで、チューブ内部のミクロ孔内のみの陰イオン種の状態解析を選択的に行うことが可能となった。この点は当初の計画以上の成果であり、高い評価に値すると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成27年度に予定していた検討項目のうち、カチオン種の違いが臭化物イオンの吸着状態に与える影響に関する検討が未完であるため、年度当初において早急に吸着特性の解明を図る。また、本年度以降は、SWCNT以外の炭素材料（カーボンナノホーン等）を用いてBrイオンの吸着状態に関する検討を継続する。また、平成28年度以降は先に挙げた各炭素材料に対するClイオン（Cl源； NaCl、KCl、RbCl、SrCl2）および代表的な陰イオン（硝酸イオン、硫酸イオン）の吸着特性に関する検討も行う。
更に、平成27年度の成果を受けて平成28年度は、炭素材料の細孔内または細孔外表面上でのプロトンの吸着状態解析にも精力的に取り組む。プロトンの吸着相形成が陰イオンの吸着に深く関わっていることがわかったため、炭素材料への陰イオンの選択的吸着にプロトンがどのように関わっているのかを明らかにする。そのために、NMR測定により炭素材料に吸着した水の状態に関する理解を深めるなど、ミクロ孔内での水および水和水の状態を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成27年度に購入した質量分析計を他の研究費との合算で購入したことで、当初の予算から減額することができ次年度使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度においても引き続きSWCNT等の比較的高額な試薬類の購入を予定しており、これら消耗品の購入に充てる予定である。
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