超薄壁ナノ空間における流体相挙動の解明および格子構造転移との協同性検討

超薄壁纳米空间流体相行为的阐明以及与晶格结构转变的协同性研究

• 批准号: 18033024
• 负责人: 宮原 稔
• 金额: $ 2.69万
• 依托单位: Kyoto 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: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18033024/
• 关键词: ナノ材料; 分子シミュレーション; 格子構造転移; ヒステリシス; 凝縮; 凝固; 配位高分子; Metal-Organic Framework; 一次相転移

配位空間は,通常の多孔体の対極とも言うべき「空間の中に薄い壁or柱が発達した」構造を持ち,また壁の厚みは単原子程度で極めて薄い。本研究では,この配位空間の特異性に着目し,分子シミュレーションによる現象把握と,その機序解明・モデル化を目指すものであり,以下の成果を得た。1.理論的検討:可動配位空間のモデル設定と構造転移検討相互貫入したジャングルジム構造を第一の対象に,その柱を,ビピリジンなどの配位子をイメージした「分子柱」としてモデル化した。相互配置を種々の位置に固定した上でのGCMCシミュレーションにより,各位置についての自由エネルギーの算出を試み,構造転移のメカニズムを,全系の自由エネルギー解析を行うことで明らかとした。すなわち,定圧では相互に中心に位置する無吸着状態が安定である一方,気相圧の増加に伴い柱同士が接して吸着空間を生じさせた状態が徐々に安定化されて第二極小を生じ,さらに高圧では極小値の大小が逆転し,吸着空間を生み出す構造転移を発生し得ること,いわゆるゲート効果が発現することを明らかとした。また,柱の太さ,相互作用強度,単位格子サイズ,吸着分子の大きさ,引力強度などに応じて,自由エネルギプロファイルは多様な変化を示し,これに対応して種々の様式の構造転移とヒステリシスを示し得ることをも明らかとした。2.実験的検討:ナノ空間吸着挙動とゲート効果の特性把握典型的なナノ空間材料について吸着等温線を実測し,凝縮および凝固現象の特定もあわせて行った。以上,2年間の検討を総括すれば,本研究成果は,配位錯体への吸着における格子構造転移と低圧吸着ヒステリシスに向けて,独創的理解を与えるものである。

The coordination space is usually the opposite of the porous body. The structure of the "thin wall or column in the space" is maintained, and the thickness of the wall is extremely thin. In this study, the specificity of the coordination space was investigated, and the molecular mechanism of the coordination space was clarified. The following results were obtained. 1. Theoretical discussion: mobile coordination space configuration and structure shift discussion mutual penetration, structure, first object, column, column, ligand, molecular column, column The position of each kind of mutual arrangement is fixed, and the position of each kind of free production is calculated. The structure is shifted, and the whole system is analyzed. In the case of a constant pressure, the position of the mutual adsorption center is stable, the phase pressure increases, the column is connected, the space is generated, the second minimum is generated, and the high pressure is generated, the structural shift is generated, and the result is generated. In addition, column structure, interaction strength, unit lattice structure, adsorption molecular structure, gravitational strength, free radical structure, and structural shift of the corresponding species are also shown. 2. Practical investigation: the characteristics of space adsorption and effect, grasp the characteristics of typical space materials, and measure the adsorption isotherm, condensation and solidification phenomena. The results of this study are a summary of the research conducted in the past two years, and provide an original understanding of the lattice structure shift and low pressure adsorption mechanism of ligand molecules.

项目成果

Freezing of Lennard-Jones fluid in cylindrical nanopore under tensile condition

拉伸条件下圆柱形纳米孔中Lennard-Jones流体的冻结

• 发表时间: 2007
• 期刊: Adsorption 13
• 作者: S. Watanabe;H. Sugiyama;and M. Miyahara;Hideki Kanda and Minoru Miyahara
• 通讯作者: Hideki Kanda and Minoru Miyahara

Freezing Phenomena of Lennard-Jones Fluid Confined in Jungle-Gym Nanospace: A Monte Carlo Study

限制在 Jungle-Gym 纳米空间中的 Lennard-Jones 流体的冻结现象：蒙特卡罗研究

• 发表时间: 2008
• 期刊: Langmuir 24
• 作者: S. Watanabe;H. Sugiyama;and M. Miyahara
• 通讯作者: and M. Miyahara

Molecular simulation of condensation process of Lennard-Jones fluids confined in nanospace with jungle-gym structure

• DOI: 10.1007/s10450-007-9087-4
• 发表时间: 2008-01
• 期刊: Adsorption
• 作者: Satoshi Watanabe;Hayato Sugiyama;M. Miyahara

Sublimation Phenomena of Lennard-Jones Fluid in Slit Nanopore

Lennard-Jones 流体在狭缝纳米孔中的升华现象

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Chemical Physics 126・5
• 作者: Hideki Kanda;Minoru Miyahara
• 通讯作者: Minoru Miyahara