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

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24651127
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 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)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: ガス吸蔵 / ナノ多孔質 / 水分子 / ナノ空間 / プロトン伝導 / 水和物 / 赤外分光 / マイクロ波

研究概要

相対湿度、圧力を制御するガスハンドリングシステムを立ち上げ、フーリエ変換型赤外分光器用加圧セルを利用してCO2, N2 Xeガスの吸蔵実験を行った。ケージ内に存在する水分子の脱水に適した相対湿度を見出した。ナノ空間における水和効果、骨格分子中の電荷サイトによる界面相互作用による電荷の偏りを示唆する新たな赤外吸収バンドを見出した。また、詳細なマイクロ波伝導率と赤外分光実験から、ナノ空間に閉ざされた水分子ネットワークにおけるプロトンとプロトンホールは局所的に歪んだアイゲン型の水和物を形成し、こうしたキャリヤは、骨格分子に直接水素結合する水分子の自己解離により生じることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Defect Dynamics of the Dipole Ordered Water Chain in a Polar Nanochannel (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui, Y. Suzuki, H. Fukumochi, and M. Tadokoro
  • 雑誌名: Journal of The Physical Society of Japan 巻: 83巻 ページ: 054708 (10ページ)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of protonic transport through the nanochannel water in molecular porous crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui
  • 雑誌名: Journal of Nanomedicine & Nanotechnology 巻: 4巻 ページ: 4-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Eigen-like hydrated protons travelling with a local distortion through the water nanotube in new molecular porous crystals {[M^III(H_2bim)_3](TMA)・20H_2O}_n (M = Co, Rh, Ru) (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and M. Tadokoro
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 137巻 ページ: 144503 (10ページ)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton dynamics in water nanotube of new molecular porous crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and M. Tadokoro
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 508巻 ページ: 257-260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and superconductivity of intercalation compounds of TiNCl with aliphatic amines (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Yamanaka, K. Umemoto, Z. Zheng, Y. Suzuki, H. Matsui, N. Toyota and K. Inumaru
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22巻 ページ: 10752-10762
  • 査読あり
• [学会発表] Dynamics of protonic transport through the nanochannel water in molecular porous crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui
  • 学会等名: 3rd International Conference on Nanotek&Expo (Nanotek-2013)
  • 発表場所: ラスベガス、アメリカ
  • 年月日: 2013-12-02
  • 招待講演
• [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 (2013)
  • 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
  • 年月日: 2013-11-21
• [学会発表] 低次元シリケートCsHSi_2O_5のテラヘルツ時間領域分光 (2013)
  • 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: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-27
• [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 (2013)
  • 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: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-27
• [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 (2013)
  • 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: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-27
• [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 (2013)
  • 著者名/発表者名: 福持裕之、松井広志、田所誠
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-27
• [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 (2013)
  • 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
  • 年月日: 2013-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Proton conduction and NH4+- Intercalation effect in water nanotube of molecular porous crystal (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui, A. Sugawara, J. Fujikake, M. Tadokoro
  • 学会等名: 17^<th> International Symposium on Intercalation Compounds (ISIC17)
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2013-05-13
• [学会発表] 分子性ナノ多孔質結晶{[M(H_2bim)_3](TMA)・20H_2O}_n (M = Co,Ru,Rh)のプロトン伝導II (2012)
  • 著者名/発表者名: 松井広志、藤掛洵朗、田所誠
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Proton conducting mechanism in water nanotube of new molecular porous crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui
  • 学会等名: 16th Solid State Protonic Conductor Conference (SSPC16)
  • 発表場所: グルノーブル、フランス
  • 年月日: 2012-09-12
• [備考]
  • URL: http://ldp.phys.tohoku.ac.jp/