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2013 年度 実績報告書

ナノ空間内の14面体水分子ケージを活用したガス吸蔵の研究

研究課題

研究課題/領域番号 24651127
研究機関東北大学

研究代表者

松井 広志  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30275292)

キーワードガス吸蔵 / 水分子 / ナノ空孔 / 赤外分光 / ケージ / 閉ざされた水 / 水和 / ナノチャンネル
研究概要

FT-IR用ガスセル内の相対湿度調節が難しかったことから、今年度相対湿度をより正確に調節するために、相対湿度調節した空気を循環させる温湿度調節機をガスハンドリングシステムに組み込んだ。これにより、相対湿度を20~80%の範囲で安定的に制御することを可能にした。また、ガスセルの温度制御を行うために、ガスセルに取り付けられた循環水口と、チラ―をゴムホースで結び、不凍液を循環させることで、-5~30℃の範囲で温度変化も実験できるように改善した。
分子性ナノ多孔質結晶{[Ru(H2bim)3](TMA)・20H2O}nに存在する親水性ナノチャンネル中に水分子ネットワークが形成されている。このとき水素結合で互いに結び付いた水分子は14面体ケージの頂点に位置する。常温、大気圧で安定な水分子14面体ケージ内に、二酸化炭素、窒素、キセノンガスを導入する実験を行った。二酸化炭素ガスの場合は、それ自身の分子振動に起因した大きな吸収が赤外スペクトルに現れ、ガス吸蔵の確認はできなかった。窒素ガスについては、詳細な温度、湿度変化の実験を行った。その結果、水分子のOH伸縮振動が観測される3300cm-1付近に、窒素ガス吸蔵に関係すると期待される吸光度の変化を観測することができた。また、窒素ガスが周りに存在する水分子の影響を受けたことにより、弱い分極を生じたことを示唆する吸収がみられている。キセノンガスについての実験には、同様に水分子のOH伸縮振動に影響があり、ケージ中にガス吸蔵が起きることが分かってきた。同じ分子性ナノ多孔質結晶の骨格ながら、THFを入れて合成するとケージサイズがより大きくなり、相対湿度50%まで水分子ケージが安定化されることが分かった。このケージを用いて、窒素ガスの吸蔵を試みたところ、吸蔵量の増加に伴う水分子のOH伸縮振動の変化が現れた。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Defect Dynamics of the Dipole Ordered Water Chain in A Polar Nanochannel2014

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Matsui, Yuta Suzuki, Hiroyuki Fukumochi, and Makoto Tadokoro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 83 ページ: 054708 (1-10)

    • DOI

      10.7566/JPSJ.83.054708

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of protonic transport through the nanochannel water in molecular porous crystals2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Matsui
    • 雑誌名

      Journal of Nanomedicine & Nanotechnology

      巻: 4 ページ: 44-44

    • DOI

      10.4172/2157-7439.S1.013

    • 査読あり
  • [学会発表] Proton Conduction and NH4 Intercalation Effect in Water Nanotube of Molecular Porous Crystal

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Matsui, Asahi Sugawara, Junro Fujikake, Makoto Tadokoro
    • 学会等名
      17th International Symposium on Intercalation Compounds
    • 発表場所
      仙台
  • [学会発表] ナノ空孔中プロトンの高周波伝導ダイナミックス

    • 著者名/発表者名
      松井 広志
    • 学会等名
      第63回固体イオニクス研究会、第16回超イオン導電体物性研究会
    • 発表場所
      日立
    • 招待講演
  • [学会発表] 低次元シリケートCsHSi2O5のテラヘルツ領域時間領域分光

    • 著者名/発表者名
      岩本 慧、望月 大、長田 師門、朝倉 裕介、黒田 一幸、松井 広志
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島
  • [学会発表] ナノ細孔に内包された水分子チェーンの伝導ダイナミックス

    • 著者名/発表者名
      松井 広志、鈴木 雄太、福持 裕之、田所 誠
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島
  • [学会発表] 分子性ナノ多孔質結晶におけるプロトンと水分子の低周波応答

    • 著者名/発表者名
      本田 恭平、濱野 雄広、田所 誠、松井 広志
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島
  • [学会発表] 新規レニウム錯体におけるプロトンと電子の電磁波応答

    • 著者名/発表者名
      福持 裕之、松井 広志、田所 誠
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島
  • [学会発表] ナノ細孔中水分子鎖の高周波伝導ダイナミックス

    • 著者名/発表者名
      松井 広志
    • 学会等名
      第39回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      熊本
  • [学会発表] Dynamics of protonic transport through the nanochannel water in molecular porous crystals

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Matsui
    • 学会等名
      3rd International Conference on Nanotk&Expo
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 招待講演
  • [備考] http://ldp.phys.tohoku.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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