次元性を制御したナノ空間中に制約されたイオン構造解析

ナノ空間による制約された分子やイオンの構造及び挙動がバルクの状態から著しく変化して、これは重要な化学システムである。ナノ空間中に制約された電解質溶液は環境保全や生化学現象、省エネルギー工業プロセス等様々な面につながりがあり、特に電気二重層キャパシタとしての応用が期待できる。本研究では、ナノ細孔物質としてナノポア構造異なる活性炭素繊維、単層カーボンナノホーン(SWCNH)を利用して、X線吸収微細構造(XAFS)分光法(EXAFSとXANES)を用いてナノ制約がイオンの水和構造にどのような影響を与えるかを研究していた。XAFS及びX線回折(XRD)の測定はKEKのPFとSpring-8で行った。サンプルの77Kでの窒素吸着等温線測定、熱重量/示差熱分析(TG/DTG)分析及び電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)観察から化合物はカーボンのナノ空間中に均一分散していることがわかった。このことから、水吸着法によって炭素ナノ空間中にイオンの水和溶液が調製できた。代表的なFeCl_3、CoCl_2とNiCl_2のナノ水溶液EXFAスペクトルをFourier変換して求めたそれぞれ動径構造関数から相当するピークを逆Fourier変換することで、第一水和殻に対するEXAFS振動が得られた。FEFF8を用いて、フィッティングした結果をそれぞれのバルク水和溶液のイオン構造パラメーターと比べると、Fe^<3+>、 Co^<2+>、 Ni^<2+>イオンに対する水和数が著しく減少し、第1水和殻中原子間の距離も短くなることがわかった。この研究は、化学一般で極めて重要なイオン溶液の動的構造と特性の理解にも繋がり、電気二重層キャパシタに適した細孔構造の創成、CNTの中空チューブを利用した物質移動現象の解析により新規機能を応用したデバイスデザインへ発展させることができる。一つの成果として、カーボンナノ空間中第2鉄の異常な構造を発見し、Natureへ投稿準備中。

ナノ空間による制約された分子やイオンの構造及び挙動がバルクの状態から著しく変化して、これは重要な化学システムである。ナノ空間中に制約された電解質溶液は環境保全や生化学現象、省エネルギー工業プロセス等様々な面につながりがあり、特に電気二重層キャパシタとしての応用が期待できる。本研究では、ナノ細孔物質としてナノポア構造異なる活性炭素繊維、単層カーボンナノホーン(SWCNH)を利用して、X線吸収微細構造(XAFS)分光法(EXAFSとXANES)を用いてナノ制約がイオンの水和構造にどのような影響を与えるかを研究していた。XAFS及びX線回折(XRD)の測定はKEKのPFとSpring-8で行った。サンプルの77Kでの窒素吸着等温線測定、熱重量/示差熱分析(TG/DTG)分析及び電界放射型走査電子顕微鏡(FE-SEM)観察から化合物はカーボンのナノ空間中に均一分散していることがわかった。このことから、水吸着法によって炭素ナノ空間中にイオンの水和溶液が調製できた。代表的なFeCl_3、CoCl_2とNiCl_2のナノ水溶液EXFAスペクトルをFourier変換して求めたそれぞれ動径構造関数から相当するピークを逆Fourier変換することで、第一水和殻に対するEXAFS振動が得られた。FEFF8を用いて、フィッティングした結果をそれぞれのバルク水和溶液のイオン構造パラメーターと比べると、Fe^<3+>、 Co^<2+>、 Ni^<2+>イオンに対する水和数が著しく減少し、第1水和殻中原子間の距離も短くなることがわかった。この研究は、化学一般で極めて重要なイオン溶液の動的構造と特性の理解にも繋がり、電気二重層キャパシタに適した細孔構造の創成、CNTの中空チューブを利用した物質移動現象の解析により新規機能を応用したデバイスデザインへ発展させることができる。一つの成果として、カーボンナノ空間中第2鉄の異常な構造を発見し、Natureへ投稿準備中。