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ナノスペース制約空間中におけるイオン溶液構造と特性

纳米空间约束下离子溶液的结构和性质

基本信息

批准号：
02J02628
负责人：
大久保貴広
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、1nm程度の極薄スリット空間中におけるイオンの状態を局所構造解析から検討することを目的として行われた。特に本年度は細孔の形状が吸着した電解質溶液の構造形成に与える影響について解明することに成功した。ナノ細孔を与える試料としては、スリット型細孔を有するピッチ系活性炭素繊維(ACF;P5及びP20、平均細孔径はそれぞれ0.7、1.1nm)と、円筒状細孔を有するsingle-wall carbon nanohorn(SWNH)を用いた。ここで、SWNHに関しては、有効な円筒状細孔へ吸着させるために酸素気流下で酸化処理したもの(ox-SWNHと表記する)を用い、比較のために酸化処理前の試料についても検討を行った。これらの細孔性試料に電解質水溶液の臭化ルビジウム水溶液(1mol/cm^3)を真空加熱脱気後のACFおよびSWNHに直接導入し電解質溶液を細孔内に含浸した。余分な水分を取り除く為に再び真空加熱脱気を行い、その後、水を303kにおける飽和蒸気圧下にて再吸着させた試料についてEXAFS測定(高エネルギー加速器研究機構;KEK-PF BL-10B、課題番号2002G242)を行った。昨年度の研究成果より、スリット型ナノ細孔内におけるイオンへの水和構造は、細孔径に依存した特異な構造を示すことがわかっている。スリット型細孔が0.7nm程度になると、バルクにおける溶媒和構造を保てる程のスペースが確保できず、歪んだ形での水和構造を示す。イオン-水間の距離がバルクのそれよりも小さくなり、イオンに配位する水分子の数も減少することから、細孔のポテンシャル場に強く制約された形で吸着しているものと考えられる。一方、スリット型細孔が1.1nm程度になると、イオンに配位する水分子が0.7nmの場合よりも更に減少し、配位水までの距離及び数は依然としてバルクの水溶液よりも小さい。特に1.1nmのスリット空間内では、水分子間のクラスター形成が優位となりイオンに配位する水分子の数が急激に減少することが明らかとなった。一方、ox-SWNH内に制約されたイオンの水和構造は、第1水和殻までの距離が短くなり、水和数が2〜3程度になることが明らかとなった。バルク水溶液中における水和数が6であるルビジウムイオンの場合でさえ、このような水和数の著しい減少が見られたのは興味深い。ナノ細孔内における擬圧縮効果が水和構造に与える影響が非常に大きいこと、そして、ナノ細孔の形状を鋭敏に反映した水和構造をとり得ることが明らかとなった。

This study is aimed at analyzing the structure of the structure in the ultra-thin space of 1nm. In particular, this year, the shape of the pores and the structure of the electrolyte solution were successfully formed. The pore size of the sample is different from that of the sample. The pore size of the sample is different from that of the sample. The pore size of the sample is different from that of the sample. The pore size of the sample is different from that of the sample. The test sample before acidizing treatment was examined in the presence and absence of acid in the presence of SWNH. The porous sample was immersed in an aqueous electrolyte solution (1mol/cm^3) directly into the pores after vacuum heating and degassing of ACF and SWNH. EXAFS measurement of residual moisture content in the sample under saturated vapor pressure at 303K was carried out under the condition of vacuum heating and degassing (KEK-PF BL-10B, Project No. 2002G242). The research results of last year show that the water and structure in fine pores depend on the structure of fine pores The solvent and structure of fine pores of 0.7 nm or less can be preserved to ensure the stability of the pore structure. The number of water molecules in the water molecule is reduced due to the distance between the water molecules and the water molecules. The adsorption of water molecules in the water molecule is restricted due to the field of fine pores. When the pore size is about 1.1 nm, the distance and number of coordinated water molecules are still small in aqueous solution. In particular, in the space of 1.1 nm, the number of water molecules formed by the coordination between water molecules decreased rapidly. A square, ox-SWNH inner limit In the case of water and water in aqueous solution, the number of water and water decreases, and the taste is deep. The shape of pores is sensitive to water and structure.