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2015 年度 実施状況報告書

超高精度中性子回折データを用いた溶液構造未踏領域の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 26390110
研究機関山形大学

研究代表者

亀田 恭男  山形大学, 理学部, 教授 (60202024)

研究分担者 天羽 優子  山形大学, 理学部, 准教授 (20363038)
臼杵 毅  山形大学, 理学部, 教授 (70250909)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード中性子回折 / 同位体置換法 / 溶媒和構造 / 接触イオン対
研究実績の概要

J-PARC MLFパルス中性子源に設置されている全散乱中性子分光器NOVAを用いて、濃厚なLiCl-THF(テトラヒドロフラン)溶液、LiClO4-THF溶液およびLiTFSA-G4(テトラグライム)溶液中におけるLi+周囲の構造解析を実施した。6Li/7Li同位体分率のみが異なり、他の条件は全く同一とした2つの試料に対して独立に散乱実験を行い、観測された散乱断面積間の差分を取る事により、Li+周囲の構造情報を含む差分関数ΔLi(Q)を求め、ΔLi(Q)のFourier変換より、Li+周囲の分布関数GLi(r)を各々の溶液について求めることができた。有機溶液に対して6Li/7Li同位体置換法を用いる事は、従来困難であるとされてきたが、強力な中性子源と高性能な分光器の組み合わせにより今回初めて明確な結果を得ることができた。
LiCl-およびLiClO4-THF溶液の解析から、Li+の第一溶媒和圏における最近接Li+...O(THF)およびLi+...陰イオン間距離および配位数を精度よく求めることができた。
LiTFSA-G4溶液中では、Li+の周囲にG4分子のエーテル酸素原子が複数配位している構造を取る事が実験から初めて証明された。
さらに、水素の平均散乱帳を0としたNaClおよびKCl水溶液について、中性子回折およびX線回折実験を行い、観測された干渉項を同時に最小二乗法解析を行うことにより、Na+、K+の水和構造の濃度依存性について新しい結果を得る事ができた。
これ等の成果は、溶液化学シンポジウム、電気化学会、日本化学会等の学会で発表され、一部の成果は現在、国際学術誌に投稿中である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

H27年度の一定期間、中性子ターゲット故障のため、計画していた一部の実験ができなかったが、ほぼ当初の計画通り、研究計画を進めることができた。
研究成果は既に学会で発表しており、論文発表のために一部の成果は国際学術誌に投稿中である。

今後の研究の推進方策

最終年度の平成28年度中に、計画している中性子回折実験およびデータ解析を完了する。水素を含む溶液試料の中性子回折実験データの解析で大きな障害となる非弾性散乱補正について、様々な試料に適用可能な補正方法を開発する予定である。構造解析の研究成果はできる限り迅速に学会および論文にて発表する予定である。

次年度使用額が生じた理由

中性子散乱実験を行うJ-PARCの中性子ターゲットが2015年度に故障のため停止していた。
このため、中性子散乱実験のための旅費支出が使用予定額よりも少なくなった。

次年度使用額の使用計画

2016年度の中性子散乱実験実施のための旅費として使用する予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Local Structure of Li+ in Concentrated LiPF6-Dimethylcarbonate Solutions2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kameda, S. Saito, Y. Umebayashi, K. Fujii, Y. Amo, T. Usuki
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 217 ページ: 17-22

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2015.07.004

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 6Li/7Li and 14N/15N isotopic substitution experiments using NOVA spectrometer at J-PARC2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Kameda, T. Miyazaki, Y. Amo, T. Usuki, T. Otomo
    • 雑誌名

      JAEA-Conf 2015-002

      巻: 2015-002 ページ: 517-523

    • DOI

      10.11484/jaea-conf-2015-002

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 低振動数偏光Ramanスペクトルおよび同位体置換法中性子回折によるテトラ2016

    • 著者名/発表者名
      亀田恭男、天羽優子、臼杵毅
    • 学会等名
      電気化学会第83回大会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2016-03-29 – 2016-03-31
  • [学会発表] 6Li/7Li同位体置換法中性子回折によるTHF中におけるLi+の溶媒和構造2015

    • 著者名/発表者名
      亀田恭男、天羽優子、臼杵毅
    • 学会等名
      第38回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      高知カルポート
    • 年月日
      2015-10-21 – 2015-10-23
  • [学会発表] 同位体置換中性子回折法およびMDシミュレーションによる[Li(G4)][TFSA]2015

    • 著者名/発表者名
      齊藤蒼思、松上優、都築誠二、渡辺日香里、上野和英、関志朗、獨古薫、
    • 学会等名
      第38回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      高知カルポート
    • 年月日
      2015-10-21 – 2015-10-23
  • [学会発表] Solvation Structure of Lithium Ion in Various Organic Solvents2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kameda
    • 学会等名
      平成27年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      弘前大学
    • 年月日
      2015-09-12 – 2015-09-13
    • 招待講演
  • [学会発表] Hydration Structure of Na+ and K+ Determined by Simultaneous Fitting Analyses of X-ray and Neutron Diffraction Data2015

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, Y. Kameda, Y. Amo, T. Usuki
    • 学会等名
      平成27年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      弘前大学
    • 年月日
      2015-09-12 – 2015-09-13

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公開日: 2017-01-06  

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