水素結合ネットワークを有する物質の極限環境下における精密構造解析

极端环境下氢键网络材料的精确结构分析

基本信息

批准号：
07J10822
负责人：
小松一生
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J10822/
关键词：
高圧単結晶中性子回折含水鉱物

项目摘要

高圧下での単結晶中性子回折実験技術と解析手法の開発は昨年度から継続して行っているプロジェクトであるが、今年度は顕著な進展が見られた。2008年6月にフランスの原子炉中性子施設ILLで行った実験で、単結晶中性子回折としては世界で初めて10GPa(1GPaは約1万気圧)を超える圧力でのデータ取得および構造解析に成功した。申請者の渡航先であるエジンバラ大学極限科学研究センターでは、数年前から、英国およびフランスの強力な中性子源および独自の高圧セルを利用して、3GPaの壁を超えるための技術的開発を行ってきた。そして、昨年ごろには10GPaを超えるための実験技術の基盤が確立し7GPaまでの回折実験に成功していたが、今年は当初の目標であった10GPaを超えることができ、さらに30Kまでの低温下における高圧実験にも成功した。また、精密構造解析を行うための各種補正プログラムの開発を申請者が中心となって実施し、取得された高圧下のデータから構造情報を取り出すことができた。10GPa,30K-300Kまでの温度圧力範囲の中性子単結晶回折実験が可能になったことにより、2次元水素結合ネットワークを持つ四角酸(C4O4H2)という化合物について、新たな知見が得られた。四角酸は、常圧下でもすでに強い水素結合を持っており、10GPaまでの比較的低圧下で水素が水素結合の中心に位置する対称化過程を観察できる可能性のある物質として長い間物性分野で注目されてきた。しかし、四角酸はその対称性から粉末試料からの中性子回折データでは構造解析が不可能であった。今回、申請者らが開発した高圧下単結晶中性子回折法により、対称化にいたる過程での水素原子位置分布についての直接的かつ詳細な情報を得ることが可能になった。現在は、これらの成果を原著論文としてまとめる作業を行っている。

高压下的单晶中子衍射实验技术和分析方法的开发一直是自去年以来一直处于连续压力下的项目，但今年取得了重大进展。在2008年6月在法国反应堆中子设施生病的一项实验中，这是世界上第一个获得数据并以超过10GPA的压力进行结构分析（1GPA约为10,000 atm）的单个晶体中子衍射。申请人的目的地是爱丁堡大学的极端科学中心，已经在技术上开发了数年，以使用强大的中子来源和英国和法国独特的高压细胞来克服3GPA屏障。去年左右，建立了超过10GPA的实验技术基础，衍射实验在7GPA上取得了成功，但今年它能够超过10GPA的初始目标，并且在高压实验的低温下，在高达30K的高压实验中也成功了。此外，申请人主要参与制定各种校正计划，以进行精确的结构分析，并能够从高压下从获得的数据中提取结构信息。通过在温度和压力范围内进行中子单晶体衍射实验，最多为10 GPa，30k-300k，已经获得了一种称为Quadric Acid（C4O4H2）的化合物，该化合物具有二维氢键网络。正方形酸甚至在正常压力下也已经具有较强的氢键，并且长期以来一直在物理特性领域引起人们的注意，作为一种可以观察到氢位于氢键中心的对称过程，在相对较低的压力下，最高10 GPA。然而，由于其对称性，对于来自粉末样品的中子衍射数据，无法对四酸进行结构分析。申请人开发的目前高压的单晶中子衍射法使得在对称过程中获得有关氢原子位置分布的直接和详细信息。目前，我正在将这些结果汇编为原始论文。