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

受控维数限制在纳米空间中的离子结构分析

• 批准号: 06F06059
• 负责人: 金子 克美
• 金额: $ 1.92万
• 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: 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/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06059/
• 关键词: ナノ空間; ナノカーボン; イオンの水和構造; X線吸収分光法; 遷移金属

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。

这是一个重要的化学系统，因为受纳米空间约束的分子和离子的结构和行为从散装状态发生了显着变化。在纳米空间中受到限制的电解质溶液与各个方面有联系，例如环境保护，生化现象和节能工业过程，并且尤其有望用作电动双层电容器。在这项研究中，我们使用活性碳纤维，一种单壁碳纳米霍恩（SWCNH），在纳米孔结构中不同，作为纳米孔材料，研究纳米约束如何使用X射线吸收 - 结构（XAFS）光谱（EXAFS和Xanes和Xanes）来影响离子水合结构。使用KEK PF和Spring-8进行XAF和X射线衍射（XRD）测量。在77K样品处，热重/差分热分析（TG/DTG）分析（TG/DTG）分析和现场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观察结果表明，这些化合物在碳的纳米层中均匀分散。因此，通过水吸附方法在碳纳米传导中制备了离子的水合溶液。 EXAFS对第一个水合壳的振荡是通过转换FECL_3，COCL_2和NICL_2的代表性EXFA光谱而获得的，分别通过从径向结构功能中转换相应的峰。使用FEFF8，将拟合结果与每个大量水合溶液的离子结构参数进行了比较，并发现Fe^<3+>，Co^<2+>和Ni^<2+>离子的水合数显着降低，并且在第一个水合壳中的原子之间的距离也缩短了。这项研究还导致对化学中极为重要的离子溶液的动态结构和性能的理解，并且可以通过创建适用于电动双层电容器的孔结构以及使用CNT空心管来分析质量转移现象来应用新功能的设备设计。结果之一是发现了碳纳米空间中非洲2的异常结构，并且正在制剂以张贴自然界。

项目成果

Storage Function of Carbon Nanospaces for Molecules and Ions

碳纳米空间对分子和离子的存储功能

• 发表时间: 2007
• 期刊: ECS Transaction 11(8)
• 作者: D;Noguchi;Y.Hattori;C.-M. Yang;Y. Tao;T. Konishi;T. Fujikawa;T. Ohkubo;Y. Nobuhara;T. Ohba;H. Tanaka;H. Kanoh;M. Yudasaka;S. Iijima;H. Sakai;M. Abe;Y.-J. Kim;M. Endo;K. Kaneko
• 通讯作者: K. Kaneko

電導性に優れる多孔性ナノカーボン含有ポリマー

具有优异导电性的多孔纳米碳聚合物

• 发表时间: 2007
• 期刊: ケミカル エンジニヤリング 52(6)
• 作者: 陶 有勝;金子 克美
• 通讯作者: 金子 克美

Conductive and mesoporous single-wall carbon Nanohorn/Organic aerogel composites

• DOI: 10.1021/la701660w
• 发表时间: 2007-08-28
• 期刊: LANGMUIR
• 影响因子: 3.9
• 作者: Tao, Yousheng;Noguchi, Daisuke;Kaneko, Katsumi
• 通讯作者: Kaneko, Katsumi

Developments and structures of mesopores in alkaline-treated ZSM-5 zeolites

• DOI: 10.1007/s10450-006-0561-1
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: Adsorption
• 作者: Y. Tao;H. Kanoh;K. Kaneko

The Hydration Structure of Cobalt(II)Ions Confined in Carbon Nanopores,

限制在碳纳米孔中的钴(II)离子的水合结构，

• 发表时间: 2008
• 作者: Yousheng Tao;Hiroshi Noguchi;Takehisa Konishi;Hirofumi Kanoh;Takashi Fujikawa;and Katsumi Kaneko
• 通讯作者: and Katsumi Kaneko