| 研究課題/領域番号 |
16H04098
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
井口 佳哉 広島大学, 理学研究科, 准教授 (30311187)
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| 研究分担者 |
中島 覚 広島大学, 自然科学研究支援開発センター, 教授 (00192667)
久米 晶子 広島大学, 理学研究科, 准教授 (30431894)
和田 真一 広島大学, 理学研究科, 助教 (60304391)
灰野 岳晴 広島大学, 理学研究科, 教授 (80253053)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 表面増強赤外分光 / ランタノイド / アクチノイド / 放射性廃棄物 / 配位子 / 錯イオン |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，原発から排出される高レベル放射性廃棄物中に含まれるランタノイドとマイナーアクチノイドとの選択的分離に関する分子科学研究を行なっている。廃棄物処理の現場では，有機配位子を用いた溶媒抽出法によってランタノイドとマイナーアクチノイドを分離しているが，この選択的分離には，錯イオン形成の際にf電子による共有結合的相互作用が関係していることが量子化学計算により示唆されている。しかし，このf電子の関与した共有結合を実験的に明確に検出した例はない。本研究では，ランタノイドやマイナーアクチノイドと有機配位子との間で形成される錯イオンの電子状態や幾何構造について，表面増強赤外分光法により明らかにし，有機配位子が示すイオン選択性の起源について分子科学的に明らかにすることを目的としている。本研究ではこれまでに，溶媒抽出の現場で使用されている2種類の有機配位子（diglycolamideとCyanex-272）のチオール誘導体の合成に成功した。またこれらを金薄膜上に化学吸着させ，その上にランタノイドを含む水溶液を添加して錯イオンを形成させた。この錯イオンを表面増強赤外分光によって検出することに成功した。またこの赤外スペクトルのバンド強度のランタノイド濃度依存性の測定により，有機配位子とイオンとの間の選択性についての情報を得ることに成功した。さらに，金薄膜を作製する方法として，これまでの真空蒸着法に加えて，特別な器具や装置を必要としない化学メッキを試みた。その結果，真空蒸着と同程度の赤外吸収増強を示す金薄膜の作製に成功した。
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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
本研究では2017年度までに，DGA（diglycolamide）のチオール誘導体を合成し，これをFT-IR用のATRシリコンプリズム上に形成した金薄膜に化学吸着させ，ここにランタノイドイオンを含む水溶液を添加して錯イオンを形成させた。この錯イオンを表面増強赤外分光によって検出することに成功した。2018年度は，溶媒抽出の現場で使用されているリン酸系の有機配位子（Cyanex-272）のチオール誘導体の合成に着手し，これに成功した。この配位子を金薄膜上に化学吸着させ，ランタノイドイオンを含む水溶液を添加して，錯イオンの形成とその表面増強赤外分光による検出を試みたところ，1050 cm-1付近にPOO-の伸縮振動に帰属される赤外吸収が観測され，ランタノイドとの錯イオンが形成されていることが分光学的に明らかとなった。
また2018年度は上記の新規配位子の開発と平行して，化学メッキ法による表面増強赤外分光に適した金薄膜の形成も試みた。これまで金薄膜は真空蒸着法によって作製していたが，放射性管理区域内での実験では，真空蒸着装置が使用できるかどうか未定であった。そのため，特別な装置を必要とせず，管理区域内でも実施可能であると考えられる化学メッキ法によって金薄膜を作製することを計画した。化学メッキの方法については，これまでにこの方法で金薄膜を作製している先行研究にしたがって行い，この金薄膜を用いて実際に表面増強赤外分光を行なって，その増強の評価を行なった。その結果，化学メッキ後に表面の清浄化のための電気化学的な操作が必要ではあるものの，化学メッキによっても真空蒸着法によって作製したものと同程度の増強を示す金薄膜の作製が可能であることが明らかとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019年度は，3つめの有機配位子として，溶媒抽出でも利用されている有機配位子であるTPEN（N,N,N′,N′-tetrakis(2-pyridinylmethyl)-1,2-ethanediamine）のチオール誘導体を合成する。この配位子を金薄膜上に化学吸着させ，ランタノイドイオンと錯イオンを形成させ，これを表面増強赤外分光によって検出を試みる。また本年度は，合成した有機配位子を用いて，アクチノイドとの錯イオンの生成と表面増強赤外分光による検出に挑戦する。この実験では，茨城県東海村にある日本原子力研究開発機構の北辻研究員，渡辺研究員とその研究グループとの共同研究により，実験を行う。実験は，東海村の日本原子力研究開発機構内の放射性管理区域内で行う予定である。2018年度までに，管理区域内での実験設備について確認を行い，赤外分光装置を含め実験に支障のないことを確認している。実際の実験では，広島大学において，ATR用のSiプリズムへの金薄膜の形成と有機配位子の化学吸着を行い，これを東海村に持参して管理区域内にある赤外分光装置にセットし，アクチノイドを含む水溶液を添加して錯イオンを形成させる。この錯イオンの形成を赤外スペクトルにより確認して，その構造やイオン選択性の情報を得たい。
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