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2018 年度 研究成果報告書

液液界面における相間移動触媒の輸送機構の理論

研究課題

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研究課題/領域番号 26288003
研究種目

基盤研究(B)

配分区分一部基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関東北大学

研究代表者

森田 明弘  東北大学, 理学研究科, 教授 (70252418)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2019-03-31
キーワード表面・界面 / イオン輸送 / 分子シミュレーション
研究成果の概要

液液界面でのイオン輸送を、従来の現象論を超えた新たな視点で解明した。界面をイオンが通過する際には、油相中に入ったイオンが水和水を引き連れてwater finger構造を作ることが計算化学で予想されていたが、本研究ではそのwater finger構造の形成と切断を表す適切な座標を、水の水素結合ネットワークの連結性に基づいてグラフ理論から簡便に定義できることを示した。その座標上を用いた自由エネルギーを分子シミュレーションによって計算し、その構造遷移に伴って隠れた自由エネルギー障壁が存在することを明らかとした。これによって、液液界面のイオン移動速度が拡散律速よりも数桁遅くなる理由を解明した。

自由記述の分野

化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

水‐油界面は、化学や生物化学、化学工学などの分野でしばしば現れる環境で、物質移動の機構は分野にまたがる基礎的な意義がある。これまで測定の困難さから分子レベルの解明が遅れており、本研究で明らかにされた知見および微視的な視点は分析化学や合成化学、さらに工学など関連分野の現象を解明するうえで十分に意義が大きく、広く興味を引くと考えられる。今後の液液界面の効率的な利用を設計するうえでも参照される知見である。

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公開日: 2020-03-30  

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