| 研究課題/領域番号 |
21241026
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
金子 克美 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 特別特任教授 (20009608)
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| 研究分担者 |
大場 友則 千葉大学, 大学院・理学研究科, 助教 (80406884)
伊藤 努武 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 助教 (40586822)
藤森 利彦 信州大学, エキゾチック・ナノカーボンの創成と応用プロジェクト拠点, 助教 (60586824)
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| キーワード | 量子分子篩効果 / ミクロポアフィリング / ナノ細孔 / 量子揺らぎ / 低温吸着 / 活性炭 / カーボンナノチューブ / 同位体分離 |
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| 研究概要 |
物理吸着における量子分子篩効果の原理は、軽い分子ほど揺らぎが大きく、低温ほど分子サイズが大きく膨張しているように振舞うことに由来する。この量子分子篩効果はナノスケール空間系で顕著になり、分離が困難な水素と重水素のような同位体分子に対する物理吸着性に顕著な差異を生ずる。申請者が2005年に初めて実験的証拠を示して以来、水素と重水素の物理吸着性に対する量子分子篩効果の実験研究が世界的に盛んになってきている。しかし、未だ水素同位体以外の分子系での量子分子篩効果の研究は本研究以外はなされていない。本研究では、ナノ細孔構造の解析と構造制御、ナノ細孔の特別な機能をも見ながら、各種ナノ細孔性カーボンを用いて、水素と重水素における量子分子篩効果とナノ細孔構造との関係、その温度依存性を解明し、量子分子篩効果の本質を解明する。水素以外の同位体の例として同位体^<12>CH_4と^<12>CD_4を用いて、95-136Kにおける量子分子篩効果をスリット細孔を持つ活性炭素繊維を用いて、低温ほど量子分子篩効果が顕著であることを示した。しかし、低充填率領域で、明瞭に^<12>CH_4のほうが^<12>CD_4よりも、等量吸着熱が1kJ/mol程度大きかった。分子篩カーボンと単層カーボンナノチューブについては、充填率の低い領域で1%程度の吸着量差が認められたが、単層カーボンナノホーンではブロッキング効果によるために明確な吸着量の差異が得られなかった。しかし、^<12>CH_4と^<13>CH_4について、単層カーボンナノホーンについて25%に及ぶ大きな吸着量の差異が認められた。また同位体混合ガスの速度論的な量子分子篩効果も検証した。
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