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新規Xe化合物の合成と新しいXe無機化学の開拓

新型氙化合物的合成及新型氙无机化学的发展

基本信息

批准号：
21655021
负责人：
黒田泰重
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

キセノン(Xe)は18属元素の希ガスに分類され,一般には反応性に乏しいと認識されている.特に,それが金属や金属イオンと直接の強い結合を有する化合物はほとんど知られていない.我々は,Xeが銅イオン交換MFI型ゼオライト(CuMFIと略記)中に形成されたCu^+と特異的に相互作用するという不思議な現象を見いだした.本研究では,CuMFIなどの金属イオン交換ゼオライトをナノリアクションポットとして利用することによって,その反応容器中における交換イオンとキセノンとの化合物についてそれらの構造・電子状態などの特性を解明し,これまでにない全く新しいXeと金属または金属イオンのとの結合を通して,新しいXeの無機化学を開拓することを目的としている.今回,ゼオライトのサブナノメーターサイズの空間内に銅イオンをイオン交換させた試料を用いることによって,室温でさえ,XeとCu^+との化合物が形成されるという不思議な現象を解析した.Cu^+-Xeの結合状態に関して,高エネルギー加速器研究機構のシンクロトロン放射光を利用したX線吸収微細構造解析により,直接の構造解析に世界で初めて成功した.Cu^+-Xe間の結合距離は0.25nmと求まった.Xeのファン・デル・ワールス半径やCu^+のイオン半径を考慮すると,0.25nmという結合距離は大変短く,Cu^+-Xe結合に化学結合が存在することを示している.また,吸着エネルギーとして得たCu^+-Xe間の結合エネルギーの値は60kJ/molとわかった.これらの結果は量子化学計算的手法によりよく再現できた.また,銀イオン交換MFI型ゼオライト(AgMFI)もXeと室温で相互作用することを見いだした.その際,ゼオライト中に形成された銀イオンクラスターがXeとの相互作用に重要な役割をしていることがわかった.ゼオライト中の銀イオンクラスターの状態についてX線吸収微細構造スペクトルを測定し,真空排気処理により銀イオン交換ゼオライト中に形成される銀イオンクラスターの構造解析を行った.その結果試料中にはAg_n^<m+>クラスター,特に,Ag_3^<m+>クラスターが多く形成されることが分かった.拡散反射(DRS)スペクトルの測定の結果,Ag_n^<m+>クラスターに帰属されるバンドがキセノンを吸着させることにより高エネルギー側にシフトすることもわかった.これらの結果を考慮することによって,ゼオライト中に形成されたAg_3^<m+>クラスターがキセノンと相互作用するものと推定した.さらに,量子化学計算法を用いて銀イオンクラスターの構造解析および電子状態解析を行い,キセノンと相互作用する銀イオンクラスターの状態解析を行った.まず,電子状態解析から銀イオンクラスターの紫外可視スペクトル(計算)を得た.さらに,キセノン吸着前後におけるスペクトル変化(計算)の挙動はDRSスペクトル(実験)から得られた結果とよく一致した.以上の結果Ag_3^<2+>クラスターが最も強くキセノンと相互作用すると結論した.今後,吸着エネルギーを実験的に求め,その値とAg_3^<2+>クラスターへのXeの吸着エネルギーの計算値がどの程度一致するかについて,モデルの妥当性も含めて検討する予定である.これらのデータは世界で初めて実験的に求まった値であり,ゼオライトなどのナノリアクションポットを特異反応場として利用したXe-金属イオン化合物の初めての実験研究である.これらの結果を計算化学的手法を用いることによって実証した.さらに,本研究結果を利用し,キセノンの分離・回収法としてのCuMFIやAgMFI利用について,実用面からのアプローチも行った.

In general, there is a lack of knowledge about the anti-chemical properties of the elements belonging to the 18 genera. In particular, there are compounds that are directly and strongly bound to metals and metals. The copper ion exchange MFI type is a rare phenomenon in which copper ions interact with each other. In this study, the structure, electronic state and properties of CuMFI compounds in the reaction vessel were investigated, and all new metal compounds in the reaction vessel were investigated. New developments in inorganic chemistry In this paper, we analyze the phenomenon of Cu^+-Xe compound formation in the space between Cu^+ and Xe, and analyze the X-ray absorption microstructure in the space between Cu^+ and Xe. Direct structural analysis is successful at the beginning of the world. The binding distance between Cu^+ and Xe is 0.25 nm. The binding distance between Xe and Cu^+ is 0.25 nm. The binding distance between Xe and Cu^+ is 0.25 nm. The chemical binding between Cu^+ and Xe is 0.25 nm. The absorption coefficient of Cu^+-Xe is 60kJ/mol. The results of quantum chemistry calculations are reproduced in the following ways: AgMFI is the silver exchange type. AgMFI is the room temperature interaction type. In the meantime, the formation of silver and silver in the middle of the game is important for the interaction between the two. X-ray absorption micro-structure measurement, vacuum evacuation treatment, silver exchange, structural analysis of silver in the state of silver in the process of silver exchange. The results show that the Ag_n^<m+> and Ag_n ^<m+> are the most important components in the sample. As a result of DRS measurement,Ag_n^<m+> is the most important component of DRS. The results of this study were considered to be the most important factors affecting the formation of the Ag_3 interaction. In this paper, quantum chemical calculation method is used to analyze the structure and electronic state of silver particles. The electronic state analysis is carried out in the ultraviolet visible state selection (calculation). In the past, the number of people who have been admitted to the hospital has increased. The above results show that Ag_3^<2+> interaction is the strongest one. From now on, the calculation of adsorption and Xe production is consistent with the calculation of adsorption and Xe production, and the validity of adsorption and Xe production is discussed. A preliminary study on the application of Xe-metal compounds in the field of specific reaction. The results of computational chemistry are shown in the following table. In addition, the results of this study were used to investigate the separation and recovery of CuMFI and AgMFI.