| 研究課題/領域番号 |
21245020
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
岡田 哲男 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20183030)
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| 研究分担者 |
長谷川 健 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (30258123)
原田 誠 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (60313326)
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| キーワード | 氷 / マイクロリアクタ / イオンの水和 / 共存液相 / 電気化学 / X線吸収微細構造 |
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| 研究概要 |
1.マイクロリアクタ
電解質ドープ氷をマイクロリアクタとする研究ではぐ共存液相の大きさを正確に見積もり、その電解質濃度、電解質の種類、温度に対する依存性を明らかにした。電解質濃度が低く(10mM以下)、低温(-6℃以下)では、共存液相は離散的に存在し、その大きさは温度、電解質濃度と共に増加するとと、電解質の種類によって共存液相ポアの大きさは異なり、塩化物塩ではカチオンの水和の程度が大きいものをドープするとポアが大きくなること、0.3μm～8μm程度の半径の範囲で、ポアの大きさを制御できることなどを明らかにした。
また、ドープ氷をリアクタとして、マグネシウムイオンの蛍光検出を行い、一つのポア当たり1000個程度のマグネシウムイオンが含まれていれば検出可能であることを示した。さらに、マグネシウムイオンに対する配位子の種類により、バルク水相と蛍光強度が逆転する現象を見出した。
2.氷中におけるイオンの水和構造の解明
X線吸収微細構造(XAFS)を用いて電解質ドープ氷中の臭化物イオンの局所構造変化を温度、電解質濃度を変化させて追跡した。その結果、高濃度の電解質を含むバルクドープ氷では共晶点付近において、イオンが塩結晶から水和構造に変化する熱力学的に予想される変化が観察されたが、低濃度(1mM)以下の電解質濃度では、共晶点以下でも50%程度のイオンが水和したままであること、表面では共晶点より高い温度まで明確な水和構造が見られないことが初めて明らかになった。氷表面では、臭化物イオンではなく隣り合うカチオン(ルビジウムイオン)が優先的に水和されると考えると複雑なスペクトル変化を説明できることがわかった。
3.ドープ氷中での電気化学反応
凍結した電解質中でのサイクリックボルタンメトリーを測定し、濃縮による著しい高感度化が可能であること、微小電極を用いた場合でも氷結晶の成長により横方向への拡散が規制され平面拡散的な挙動が見られることなどを明らかにした。
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