電子構造でみる水和圏の水素結合ネットワーク

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K20553
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0502:無機・錯体化学、分析化学、無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木内 久雄 東京大学, 物性研究所, 助教 (50818557)
• 研究期間 (年度): 2021-08-30 – 2023-03-31
• キーワード: 水素結合 / 軟X線発光分光 / 疎水性水和 / イオン性水和

研究成果の概要

系統的な水和構造変化を与える4級アルキルアンモニウムイオン水溶液に対して、イオン周りの水和による水素結合ネットワークの変調を明らかにするために、O 1s軟X線発光分光を用いた分析を行った。その結果、アルキル側鎖が伸びるに連れて水の水素結合状態が段階的に変化し、水分子の水素結合ネットワークの変化がカチオンサイズにより異なることがわかった。軟X線発光分光法は他の手法と比較して水素結合ネットワークの変化を鋭敏に捉えられることがわかった。

自由記述の分野

分析化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

物質が水に溶ける時には静電気力や水素結合を介した水和構造を構築するため、溶液の性質は溶質そのものの特性に加えて、どのような水和構造を形成するかで大きく異なる。触媒や蓄電池材料においても水は考慮すべき必要不可欠なものであったが、溶質に対する水和・溶媒和構造は十分に理解されていない。本研究で、軟X線発光分光法は水素結合ネットワークの変化を敏感に捉え、水溶液の性質を電子状態から理解することができることがわかった。今後、様々な空間中に偏在する水に適用していくことで、水素結合が誘起する材料の物性や機能を明らかにしていくことが期待される。