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Elucidation of novel states of adsorbed molecules in nanospaces at high temperature and high pressure

阐明高温高压纳米空间中吸附分子的新状态

基本信息

批准号：
21K04977
负责人：
飯山拓
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

物理吸着現象の機構解明は多孔体を用いた有害物質除去、エネルギー分子の貯蔵等の応用のために重要である。特に、室温を超える温度での物理吸着現象の機構解明は、吸着量が少なく、実験的に困難であることからほとんど進んでいない。本研究では、高温・高圧対応の in situ 測定セルを開発し、申請者らがこれまで行ってきたX線による微小空間中の分子のミクロ・メソスコピックな検討を高温領域に拡張する。室温から臨界温度に至る温度領域では、その吸着機構が変化することが予想される。申請者がこれまでに培った技術を組み合わせながら、高温における特異な物理吸着現象の探索および機構解明を行う。対象とする分子は多孔性物質の基礎的な解析に用いられる窒素、アルゴン分子、除去・濃縮が強く求められている二酸化炭素分子に加え、分子間力が強く、高温状態での吸着状態解明が必要な水分子、さらにはアルコール分子や炭化水素分子を含める。装置としては高温・高圧対応のin situ測定セルに加え、吸着状態の温度・圧力・吸着量を能動的に制御するためのシステム開発を行う。令和4年度は、高圧高温対応セルの動作確認、改良を進めるとともに、対象のひとつである水分子について、室温～低温領域での細孔内構造解析を行った。また吸着状態の温度・圧力・吸着量を能動的に制御するためのシステム開発を進めた。前年度製作した高圧高温対応の試作セルは動作確認を進め、温度領域を高温側へと広げることができた。また、細孔内の水分子の構造の温度依存性について、定量的な解析を進めることができた。

The mechanism of physical adsorption is important for the removal of harmful substances and the storage of organic molecules in porous materials. The mechanism of physical adsorption phenomenon at room temperature and temperature is explained clearly, and the adsorption amount is small and difficult. This research aims to develop an in-situ measurement device for high temperature and high pressure, and to provide applicants with the opportunity to perform X-ray imaging of molecules in small spaces in the high-temperature field. From room temperature to critical temperature range, the adsorption mechanism changes. The applicant is interested in exploring and understanding the physical adsorption phenomenon at high temperature. For molecular analysis of porous substances, it is necessary to add water molecules, carbon molecules, carbon molecules, and carbon molecules. The device is capable of measuring the temperature, pressure, adsorption state and dynamic control of high temperature and high pressure in situ. In the fourth year of the year, the operation of the high pressure and high temperature control system was confirmed, and the improvement was carried out. The structure analysis of the pore in the room temperature and low temperature field was carried out. The temperature, pressure and adsorption capacity of the adsorption state are controlled by the system development. The previous year's production of high-temperature test equipment to confirm the progress of the temperature field of high-temperature test equipment Temperature Dependence of Structure of Water Molecules in Micropores and Quantitative Analysis