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カーボンナノチューブ内ガスハイドレートの生成と構造

碳纳米管中天然气水合物的生成和结构

基本信息

批准号：
17036053
负责人：
真庭豊
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

単層カーボンナノチューブ(SWCNT)は、サブナノメートルの直径を持った1次元的空洞を提供する。この空洞内に閉じ込められた物質系の構造と相挙動は極めて興味深い。本研究では、SWCNTおよび水を吸蔵したSWCNTへの単純ガス、特にメタンCH_4の吸着現象を研究した。SWCNTバンドルは多数の吸着サイトを有する。従って、これらの吸着サイトを選択的に観測可能な研究手法が重要である。本研究ではX線回折(XRD)法を用いることによって、SWCNT内部空洞への吸着・相転移挙動を選択的に調べることに成功した。メタンガスについて吸着等温線を詳細に調べ、SWCNTの内部空洞への吸着特性は、典型的ミクロポアーフィリングであることが確認できた。さらに、吸着機構については、SWCNT内壁上の2次元剛体ガスモデルにより説明できることが分かった。このモデルでは、メタン分子はSWCNT内側のレナード・ジョーンズ(LJ)ポテンシャルの極小面上の剛体ガスであり、かつチューブの動径方向に調和振動していると考える。LJポテンシャルの極小値は2130K、振動数は10^<12>sec^<-1>程度であった。振動数は非調和ポテンシャルの効果として小さな温度変化を示し、低温で1×10^<13>sec^<-13>程度まで上昇した。次に、水を吸蔵したSWCNTへのメタンの吸着実験を行なった。1気圧のメタンガス中においてXRDパターンの温度依存性を測定したところ、240K以下でXRDパターンが急激に変化することが観察された。詳細な解析の結果、組成が高温相でC_<45>(H_2O)_<6.4>、低温ではC_<45>(H_2O, CH_4)_<4.4>となり、低温でメタン分子がSWCNT内部に進入したことがわかった。重水D_2Oを吸蔵したSWCNTへのメタンCH_4の^1H-NMRスペクトルの測定を行い、高圧力(p>p_c)では、スペクトルは3種類(ガス、SWCNT内部、バンドル外などその他)のメタンの成分に分解できることが分かった。SWCNT内部の信号は、p>p_cで現れる。SWCNT内部のメタンの吸着は圧力履歴を示し、225Kではp_c=0.4-0.6atmとなった。p_cは、温度、ガスの種類に依存しているので、ガス選択的ナノ分子バルブとして動作することが明らかになった。

Single layer coating (SWCNT) provides a one-dimensional cavity with a diameter of 100 mm. The structure of the material system in the cavity is very deep. In this study, SWCNT and CH_4 adsorption phenomena were studied. SWCNT has a lot of adsorption properties. The research methods for the determination of the potential of the target species are very important. In this study, X-ray diffraction (XRD) method was successfully used to determine the adsorption and phase shift of SWCNT. The adsorption isotherm of SWCNT is adjusted in detail, and the adsorption characteristics of SWCNT internal cavity are confirmed. 2-D rigid body on the inner wall of SWCNT The rigid body on the very small surface of SWCNT vibrates harmoniously in the radial direction of SWCNT. The minimum value of LJ Postencille is 2130 K, and the number of vibrations is about 10 ^sec ^.<12><-1>The number of vibrations increases from 1 × 10 ^sec to 1 × 10 ^sec.<13><-13>SWCNT's water absorption system 1. Temperature dependence of XRD on temperature is measured at temperatures below 240 K. Detailed analysis results show that the composition of C_(H_2O)_at high temperature and C_(H_2O, CH_4)_at low temperature are different.<45><6.4><45><4.4>1H-NMR spectra analysis of heavy water D_2O absorption in SWCNT and CH_4 were carried out under high pressure (p> p_c). SWCNT internal signal is not, p> p_c is not. SWCNT internal adsorption pressure range, 225 K p_c = 0.4 - 0.6 atm p_c depends on the temperature and the type of the molecule selected.