ナノ空間幾何学構造と同位体吸着における量子分子篩効果

纳米空间几何和同位素吸附中的量子分子筛效应

• 批准号: 17710091
• 负责人: 田中 秀樹
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Kyoto University (2006)Chiba University (2005)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17710091/
• 关键词: ナノ材料; 反応・分離工学; 吸着; 量子効果; シミュレーション

1.有機-無機複合錯体[Cu(4,4'-bipyridine)_2(CF_3SO_3)_2]_n(以下,CuBOTf)への水素同位体(H_2,D_2)の吸着等温線を40Kおよび77Kにおいて測定した。また,Feynman-Hibbsの有効ポテンシャルを適用したグランドカノニカルモンテカルロ(FH-GCMC)シミュレーションによって水素同位体吸着等温線を計算し,実験結果との比較検討を行った。XRPD測定により解析したCuBOTfの原子構造をシミュレーションモデルとして用いたところ,実験結果(77K)と良い一致が得られたことから,CuBOTfの結晶構造が比較的精度良く決定できたものと考えられる。また,実験により得られた水素吸着等温線(77K)は,常に重水素よりも小さくなり(約13% at 0.1MPa),量子効果が顕著であることがわかった。また,FH-GCMCシミュレーションは,この傾向を良く再現しており,水素同位体の平衡吸着量の差が量子効果によるものであることをサポートすると同時に,量子分子篩による重水素分子の分離能が確認された。一方,40Kでは低圧領域において,実験とシミュレーション結果とに差異が生じた。この原因としては,CuBOTfの複雑な細孔構造のために,水素同位体分子の拡散障害が生じたものと考えられる。2.単層カーボンナノチューブ(SWNT)へのH_2およびD_2吸着等温線(40K,77K)の測定を行った。SWNTサンプルとしては,チューブが閉孔したものと,開孔したものを使用した。また,FH-GCMCシミュレーションにより水素同位体吸着等温線を計算し,実験結果との比較を行った。実験により得られた水素同位体吸着等温線から重水素選択率をIAST法により計算したところ,閉孔したSWNTサンプルの場合,77Kにおいて1.4,40Kにおいて2.8が得られた。一方,開孔したSWNTサンプルでは,それぞれの温度において重水素選択率は低下した。FH-GCMCシミュレーションは実験結果を良く再現しており,量子分子篩のメカニズムが明らかになった。3.上記2件については,投稿準備中である。その他,フッ素化活性炭素繊維への水素同位体吸着等温線(20K)を測定することにより,量子分子篩による重水素分子の分離能を確認するなどの成果を得ることができた。

1. The organic-inorganic complex [Cu (4 methylene 4 murbipyridine) _ 2 (CF_3SO_3) _ 2] _ n (below, CuBOTf) absorbs the isotherm line at 40K and 77K at 77K and absorbs the isotherm. In this case, the Feynman-Hibbs has been used to calculate the isotherm of water isotopes. The results show that the results are in good agreement with the results of the calculation of the isotherm. The results show that the water isotope is absorbed by the water isotope, and the results are compared. The results of XRPD analysis and CuBOTf analysis show that the accuracy of the comparison is good. The accuracy of the comparison is determined by the accuracy of the results (77K). The results are consistent at 77K. The water absorption isotherm (77K) is measured, and the heavy water absorption isotherm (about 13% at 0.1MPa) is obtained. In the same time, the separation of heavy water molecules can be confirmed by the separation of FH-GCMC molecules and the separation of heavy water molecules in the same time. On the other hand, at 40K, there is a high level of health in the field, and the results are poor. The reason for this is that the CuBOTf copy is used to make the hole, and the water isotope molecules disperse the damage. two。 This is due to the measurement of the absorption isotherm (40K, 77K) of the H _ 2 isotherm line (SWNT) of H _ 2. The SWNT is used to make sure that the holes are closed, and that the holes are open to use. The results of the calculation of the isotherm of water isotopes are better than the results of the calculation of the isotherm of water. The results are better than those of FH-GCMC. The selection rate of water isotherm isotherm absorption isotherm and heavy water content was calculated by IAST method. The results showed that the holes were closed, and the temperature was measured at 77K and 1.4K. On one side, the hole is open and the temperature is low. The selection rate of heavy water is very low. The results of the FH-GCMC experiments show that the results are good and the results are good. The quantum molecules show that the quantum molecules have the best results. 3. The last 2 articles are in preparation for submission. The isotherm of water isotherm (20K) was measured by the isotope absorption isotherm of water (20K). The separation of heavy water molecules by quantum molecules was able to confirm the results.

项目成果

Quantum sieving effect of modified activated carbon fibers on H2 and D2 adsorption at 20 K.

• DOI: 10.1002/chin.200635020
• 发表时间: 2006-05
• 期刊: The journal of physical chemistry. B
• 作者: Y. Hattori;Hideki Tanaka;F. Okino;H. Touhara;Y. Nakahigashi;Shigenori Utsumi;H. Kanoh;K. Kaneko

Quantum effects on hydrogen isotope adsorption on single-wall carbon nanohorns.

• DOI: 10.1021/ja0502573
• 发表时间: 2005-04
• 期刊: Journal of the American Chemical Society
• 影响因子: 15
• 作者: Hideki Tanaka;H. Kanoh;M. Yudasaka;S. Iijima;K. Kaneko

Storage of hydrogen at 303 K in graphite slitlike pores from grand canonical Monte Carlo simulation.

• DOI: 10.1021/jp0529063
• 发表时间: 2005-08
• 期刊: The journal of physical chemistry. B
• 作者: P. Kowalczyk;Hideki Tanaka;R. Hołyst;K. Kaneko;T. Ohmori;J. Miyamoto

Quantum nature of adsorbed hydrogen on single-wall carbon nanohorns

• DOI: 10.1080/08927020412331337032
• 发表时间: 2005-05
• 期刊: Molecular Simulation
• 影响因子: 2.1
• 作者: H. Tanaka;J. Fan;H. Kanoh;M. Yudasaka;S. Iijima;K. Kaneko

Efficient H2 adsorption by nanopores of high-purity double-walled carbon nanotubes.

• DOI: 10.1021/ja064744
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: Journal of the American Chemical Society
• 影响因子: 15
• 作者: J. Miyamoto;Y. Hattori;D. Noguchi;Hideki Tanaka;T. Ohba;Shigenori Utsumi;H. Kanoh;Y. Kim;H. Muramatsu;T. Hayashi;M. Endo;K. Kaneko