動的構造因子による室温イオン液体の構造とダイナミクスの解明

利用动态结构因子阐明室温离子液体的结构和动力学

基本信息

批准号：
10F00750
负责人：
梅林泰宏
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Niigata University (2012)Kyushu University (2010-2011)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10F00750/
关键词：
イオン液体集団的ダイナミクス動的構造因子粘性

项目摘要

イオン液体は常温で液体の有機物塩であり、不揮発性や難燃性という環境や生態系に好ましい性質を持ち、水や非水溶媒に変わる第3の新たな溶媒・液体として、特に電解質としての応用は環境に調和した安全で高いエネルギー密度の蓄電・発電デバイスに資すると期待されている。一方、その最も重要な物性であるイオン伝導や粘性は、水や非水溶媒同様に、分子レベルで理解できたとはいいがたい。近年の液体理論によれば、液体の粘性は、静的および動的構造因子で記述することができ、中性子やX線散乱実験により明らかにできるものの、時間・空間スケールには制限がある。本研究では、イオン液体の集団的ダイナミクスを中性子準男準弾性散乱やスピンエコー実験、X線非弾性散乱に加え、低波数Ramanおよび遠赤外分校実験など実験的に明らかにするとともに、MDシミュレーションにより原子レベルで解明する。具体的には、1)動的構造因子によるイオン液体ナノ相分離構造の解明:中性子スピエコー実験から評価した動的散乱因子(中間散乱関数)および粘性率周波数依存性の解析を進め、分子論に立脚する液体理論に基づき緩和過程の空間・時間スケールを解明し、MDシミュレーションと比較検討した。2)イオン液体の液体構造に及ぼすアルカリ金属イオン添加効果:イオン液体中の金属イオンの伝導機構を解明するには、イオン半径依存性を明らかにする必要がある。溶媒和構造を明らかにした一連のアルカリ金属イオンのイオン伝導率や粘性率を明らかにし、低波数Ramanおよび遠赤外分光により集団的ダイナミクスを明らかにした。3)硝酸エチルアンモニウム(EAN)の構造とダイナミクス:OH基を導入した硝酸エタノールアンモニウム(EtAN)は、最近、バイオコンパチブルイオン液体として注目されている。実空間分解能の高いSPring-8高エネルギーX線回折実験およびMDシミュレーションにより最近接イオン間相互作用を明らかにした。

离子液体是在室温下为液体的有机盐，具有不挥发性、阻燃性等对环境和生态系统有利的特性，可用作替代水或非水溶剂的第三种新溶剂或液体。尤其是作为电解质，其应用有望有助于环保、安全、高能量密度的储能和发电设备。另一方面，它最重要的物理性质，例如离子传导性和粘度，不能说是在分子水平上理解的，就像水和非水溶剂一样。根据最新的液体理论，液体的粘度可以通过静态和动态结构因素来描述，并且可以通过中子和X射线散射实验来阐明，但在时间和空间尺度上存在局限性。在本研究中，我们将利用中子准雄准弹性散射、自旋回波实验、X射线非弹性散射、低波数拉曼和远红外分支实验以及MD实验阐明离子液体的集体动力学。在原子水平上阐明它。具体来说，我们将： 1）利用动态结构因子阐明离子液体纳米相分离结构：我们将继续分析动态散射因子（中间散射函数）和中子 Spiecho 实验评估的粘度频率依赖性，并将其应用基于液体理论阐明了弛豫过程的空间和时间尺度，并与分子动力学模拟进行了比较。 2）碱金属离子添加对离子液体液体结构的影响：为了阐明金属离子在离子液体中的传导机理，需要明确离子半径依赖性。我们揭示了一系列溶剂化结构的碱金属离子的离子电导率和粘度，并使用低波数拉曼和远红外光谱揭示了它们的集体动力学。 3）硝酸乙铵（EAN）的结构和动力学：带有OH基团的乙醇硝酸铵（EtAN）最近作为一种生物相容性离子液体引起了人们的关注。我们利用具有高实际空间分辨率的 SPring-8 高能 X 射线衍射实验和 MD 模拟阐明了最近邻离子之间的相互作用。