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2011 年度 実績報告書

マントル遷移層をモデル化した超高温・高圧下での水素結合性液体と溶媒和イオンの構造

公募研究

研究領域高温高圧中性子実験で拓く地球の物質科学
研究課題/領域番号 23103704
研究機関佐賀大学

研究代表者

高椋 利幸  佐賀大学, 工学系研究科, 准教授 (70291838)

キーワードカンラン石 / 塩化カルシウム水溶液 / 水和構造 / 水分子間水素結合 / J-PARC / PLANET / SPring-8 / 温度・圧力効果
研究概要

本研究では、マントルの主成分であるカンラン石に含まれる陽イオンMg^<2+>,Ca^<2+>,Fe^<3+>がマントル遷移層における超高温・高圧下の水中で形成する水和構造を、J-PARCに設置された超高圧中性子回折装置PLANETを用いて明らかにすることを目的とする。特に、中性子散乱法の利点を生かして第2溶媒和殻以降での水分子間水素結合や水素イオンの寄与について原子レベルで解明する。
塩化カルシウム水溶液CaCl_2・RH_2O(R=10)を対象として、PLANET実験の実施を計画していたが、震災後のJ-PARCの復旧に時間を要しているため実験が進展していない。そこで、SPring-8BL14Bに設置されたキュービックアンビル型高温高圧発生装置を用いてX線回折像を測定し、動径分布関数を得ることでCa^<2+>の水和構造を決定することにした。測定条件は、(1)等温300Kで圧力を0.5GPaから2.0GPaまで、(2)等圧1.0GPaで温度を400Kから700Kまでの2種類である。常温・常圧下でのCa^<2+>の6配位八面体水和構造と比較することで水和構造に対する温度および圧力効果を議論する。また、Cl^-とのイオン対形成の有無を考察する。
X線回折実験中に、水溶液試料はダイヤモンド容器(2.5φ-1.6L-1.5φ-1.2L)に保持する。ダイヤモンド容器は製作を終えている。高圧セルは、過去に水の高圧実験で使用実績のあるデザインのものを用いる。ダイヤモンド容器を高圧セルにセットし、これをキュービックアンビル型高温高圧発生装置に設置してX線回折測定を実施する。すでに、SPring-8のマシンタイム48時間を確保し、平成24年5月に測定を実施する予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

震災後のJ-PARCの復旧に時間を要しているためPLANETを用いた高温・高圧下の中性子散乱実験が実施できていない。SPring-8 BL14Bに設置してあるキュービックアンビル型高温高圧発生装置を用いてダイヤモンド容器に保持した塩化カルシウム水溶液に対するX線回折実験を行い、Ca^<2+>の水和構造に対する温度および圧力効果を観測することとした。

今後の研究の推進方策

SPring-8 BL14Bを用いた高温・高圧下のX線回折実験の結果をもとに、中性子散乱実験の条件を設定する。X線回折実験でも、これまで報告のない高温・高圧下の実験を行うため、基礎的研究としての価値は高い。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (18件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Experimental Evidences for Molecular Origin of low-Q peak in Neutron/X-ray Scattering of 1-Alkyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide Ionic Liquids2011

    • 著者名/発表者名
      K.Fujii
    • 雑誌名

      J.Chem.Phys.

      巻: 135 ページ: 244502-1-244502-10

    • DOI

      10.1063/1.3672097

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvation Properties of Aliphatic Alcohol-Water and Fluorinated Alcohol-Water Solutions for Amide Molecules Studied by IR and NMR Techniques2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takamuku
    • 雑誌名

      J.Solution Chem.

      巻: 40 ページ: 2046-2056

    • DOI

      10.1007/s10953-011-9773-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Clusters of Imidazolium-based Ionic Liquid in Benzene Solutions2011

    • 著者名/発表者名
      T.Shimomura
    • 雑誌名

      J.Phys.Chem.B

      巻: 115 ページ: 8518-8527

    • DOI

      10.1021/jp203422z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] N,N-Dimethylformamide-induced Phase Separation of Hexafluoroisopropanol-Water Mixtures2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takamuku
    • 雑誌名

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      巻: 13 ページ: 11222-11232

    • DOI

      10.1039/c0cp00338g

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Aggregation of Imidazolium-based Ionic Liquid, C12mimNO3, in Water and Benzene2011

    • 著者名/発表者名
      T.Shimomura
    • 雑誌名

      Activity Report on Neutron Scattering Research

      ページ: 1253

  • [雑誌論文] Studies on Phase Separation of Water-Miscible Organic Solvents-Water Mixtures by Addition of Several Solutes2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takamuku
    • 雑誌名

      Activity Report on Neutron Scattering Research

      ページ: 1252

  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体と分子性液体の混合に関する分子論的研究2012

    • 著者名/発表者名
      高椋利幸
    • 学会等名
      電気化学会第79回大会
    • 発表場所
      浜松市(依頼講演)
    • 年月日
      2012-03-29
  • [学会発表] SANS法でみる分子性液体中におけるイオン液体の会合体形成2012

    • 著者名/発表者名
      高椋利幸
    • 学会等名
      第3回中性子小角散乱解析法研究会
    • 発表場所
      大阪府(招待講演)
    • 年月日
      2012-02-28
  • [学会発表] N-メチルイミダゾール系プロトン性イオン液体の酸塩基性とイオン伝導性2011

    • 著者名/発表者名
      土井寛之
    • 学会等名
      第2回イオン液体討論会
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2011-12-16
  • [学会発表] 強塩基+アルコール溶液からの低温廃熱を用いるCO_2回収2011

    • 著者名/発表者名
      梅木辰也
    • 学会等名
      第2回イオン液体討論会
    • 発表場所
      京都市
    • 年月日
      2011-12-16
  • [学会発表] Aggregation of Imidazolium-based Ionic Liquids in Water, Benzene and its Derivatives2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takamuku
    • 学会等名
      1st Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
    • 発表場所
      Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2011-11-23
  • [学会発表] 種々のアルコール-水混合溶液中におけるL-ロイシンの溶媒和構造2011

    • 著者名/発表者名
      波戸本洋平
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] ^7Li,^<23>Na NMR法で観測した塩化アルカリ塩誘起によるアセトニトリル-水混合溶液の相分離2011

    • 著者名/発表者名
      原槙宏樹
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] HFIP-水混合溶液のアミド分子に対する溶媒和と相分離2011

    • 著者名/発表者名
      高椋利幸
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] DBU-アルコール溶液のCO_2吸収と放散挙動2011

    • 著者名/発表者名
      梅木辰也
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] メソポーラスシリカ中に閉じ込めたイオン液体のX線構造解析2011

    • 著者名/発表者名
      杉野公昭
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] ベンゼン誘導体中におけるイオン液体のクラスター形成に対するベンゼン置換基の効果2011

    • 著者名/発表者名
      下村拓也
    • 学会等名
      第34回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] Cluster Formation of Imidazolium-based Ionic Liquids in Methanol and Benzene Solutions2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takamuku
    • 学会等名
      Globalization Program of Graduate School of Science and Engineering
    • 発表場所
      佐賀市(Invited Lecture)
    • 年月日
      2011-11-04
  • [学会発表] Effects of Benzene Substituents on Cluster Formation of Imidazolium-based Ionic Liquid in Benzene Derivatives2011

    • 著者名/発表者名
      T.Shimomura
    • 学会等名
      Globalization Program of Graduate School of Science and Engineering
    • 発表場所
      佐賀市
    • 年月日
      2011-11-04
  • [学会発表] Cluster of Imidazolium-based Ionic Liquid in Benzene Solutions2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takamuku
    • 学会等名
      EMLG/JMLG Annual Meeting 2011
    • 発表場所
      Warsaw, Poland
    • 年月日
      2011-09-15
  • [学会発表] Absorption and Desorption Properties of CO_2 in DBU-Alcohol Systems2011

    • 著者名/発表者名
      T.Umecky
    • 学会等名
      32nd International Conference on Solution Chemistry
    • 発表場所
      La Grande Motte, France
    • 年月日
      2011-08-27
  • [学会発表] ベンゼン誘導体中におけるイオン液体のクラスター形成2011

    • 著者名/発表者名
      下村拓也
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
  • [学会発表] アルコール-水混合溶液中におけるアミノ酸分子の溶媒和構造2011

    • 著者名/発表者名
      波戸本洋平
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
  • [学会発表] 塩化アルカリ塩添加による水-アセトニトリル混合溶液の相分離2011

    • 著者名/発表者名
      原槙宏樹
    • 学会等名
      第48回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州市
    • 年月日
      2011-07-09
  • [備考] URL

    • URL

      http://solution.chem.saga-u.ac.jp/index.html

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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