超・亜臨界水－有機混合溶媒の局所的水素結合とゆらぎに関するNMRおよび計算機実験

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05754
• 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: 徳島大学
• 研究代表者: 吉田 健 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 講師 (80549171)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超臨界水 / NMR分光法 / 分子動力学シミュレーション / 水素結合

研究成果の概要

水とシクロヘキサンの二成分混合流体中の自己拡散係数を、パルス磁場勾配スピンエコー法を用いて、亜臨界状態および超臨界状態の中密度から低密度まで測定した。NMRによる実験結果と系統的に行った分子動力学シミュレーションと組み合わせ、密度、温度、水のモル分率を変数として、拡散係数に対する多項式フィッティング関数を開発した。水とシクロヘキサンの差異及び水素結合の影響を、拡散係数に対する活性化エネルギーと活性化体積により議論した。

自由記述の分野

溶液物理化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

水は、超臨界条件においても強い極性を持ち水素結合を生成する。このような超臨界水中での溶媒和の構造や寿命は、多くの研究者の関心の的であり、重要である。溶質分子の分極、振動は、原子の組み換え現象である化学反応と密接に関連するため、本研究は産業界も注目する超臨界水反応の反応物同士の遷移状態と水和のダイナミクスの関連を解明する糸口となる。本研究で用いる高温NMR装置は、申請者らの独自開発であり、非常にユニークな高分解能NMR装置である。臨界温度が374 ℃と高い水については、疎水性有機溶媒の組み合わせの報告例は無い。