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粘土鉱物における有機-無機複合・吸着系のナノ構造と物性、および動的性質の理解のために、有機粘土についてX線回折と赤外吸収分光法測定を行い、また汎用有機-無機分子シミュレーション計算手法の開発を行った。ν
長鎖アルキル基を持つトリメチルアルキルアンモニウムイオンを種々の組成で吸着させた有機モンモリロナイトのX線回折測定から、吸着量に対する底面間隔とピーク半値幅の変化の詳細が得られ、またフーリエ変換赤外吸収ペクトルにおけるνsCH2およびνasCH2のバンドシフトから、有機アンモニウムイオンの、粘土鉱物層間における秩序-不秩序にかかわる分子配置構造を解析した。すなわち、吸着量の増加とともに、層間に横たわった1分子層から、徐々に層間が広がって横たわった2分子層になり、さらに3分子層に至り、大きなジャンプを伴って、層間に斜めに立った状態の2分子層となって、その層間距離のまま吸着量が増えるという挙動が解明された。
これらの実験結果をより詳細に解析し、種々の有機-無機複合系の構造物性を予測するために、分子シミュレーション手法の開発を行った。これまでの無機化合物のための分子動力学法計算コード、MXDORTO/MXDTRICL(河村)に有機分子の計算のための新たな機能を付加した。すなわち、これまでの2体中心力項および3体力項に加え、2面角ポテンシャルによる4体力項を計算できるようにした。相互作用パラメータの決定を行い、ベンゼン、ナフタレン、およびアントラセンの各平面分子が安定に保たれ、分子内振動スペクトルが再現できることが確かめられた。さらにアルカン鎖の構造に対応できるようにすることにより広範囲の有機分子に適用可能となる。
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