ソフト界面吸着膜におけるドメイン構造とその形成原理を明らかにする研究

阐明软界面吸附膜域结构及其形成原理的研究

• 批准号: 12J03699
• 负责人: 今井 洋輔
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03699/
• 关键词: 吸着膜不均一構造; イオン特異効果; 吸着膜ドメイン; イオンの特異効果

この研究の大きな目的は、イオン性界面活性剤水溶液の表面吸着膜中で存在が予想されているドメイン構造、またその様な吸着膜構造とそれを構成する化学種間の相互作用の関係を明らかにすることであった。これに関して世界でも数グループのみ可能な新規の全反射XAFS法と当研究室独自の表面張力の精密な相図解析を駆使することで電気二重層の対イオン分布の観点から不均一構造および吸着膜構造に及ぼすイオンの特異効果の解明に関して以下に報告する世界初の成果を上げた。対イオンにBrを含む界面活性剤吸着膜において、全反射XAFSより水溶液中と同様に6水和したBr (free-Br)と、一部脱水和して活性剤イオンとイオン対を形成したBr (bound-Br)の2種が観測され、bound-Brの存在比(バウンド比)による対イオン分布の評価から吸着膜内での不均一な凝集構造の形成が示唆され、それらは親水基間イミダゾリウム環が生じるパッキングや疎水鎖長の違いが引き起こす親水基のスタッガード配列に起因することが示された。対イオンニ種類が共存する混合系ではバウンド比と界面熱力学量を併せた考察よりイミダゾリウム環とBF_4の水素結合や水和自由エネルギーの小さな対イオンが優先的に頭部近傍を占めるエンタルピーの減少、サイズの異なる対イオンが制限された電気二重層内のスペースを効果的に共有するエントロピーの増加などが対イオン分布すなわち吸着膜構造を大きく変えることが明らかとなった。上に示した二つの手法を駆使し、通常Stern層や拡散層などを用いて表される電気二重層モデルを介さず、実験から対イオン分布を定量評価できたことの意義は大きい。これにより一部明らかとなった不均一構造、イオン特異効果に重要な対イオンの性質を用いることで、既存の電気二重層モデルの検証や新たなモデルの提案、界面熱力学量の分子論的な解釈など、界面電気現象に関する物理化学が益々進展することが期待される。

这项研究的主要目的是阐明预期存在于离子表面活性剂水溶液的表面吸附膜中的结构结构，以及这种吸附的膜结构与构成它的化学物质之间的相互作用之间的关系。在这方面，通过使用一种新型的全面反射XAFS方法，该方法只能在世界上的几个小组以及我们实验室独特的精确相图分析中实现，我们已经在阐明离子对异质结构的奇异作用方面获得了世界上的第一个结果，并从电动双层分布的柜台分布的角度来阐明了膜结构。在包含BR作为反离子的表面活性剂吸附膜中，观察到了两种类型：BR（Free-BR），其与总反射XAFS中的水溶液相同的方式与水溶液中的方式相同，而BR（BORD-BR）部分脱水以与活性剂离子离子成立一个离子对。通过边界吸收比评估反离子分布（结合比）表明，在吸附膜内形成了不均匀的聚集结构，表明这些结构是由填料引起的，其中产生了亲水性咪唑阵环，而疏水性链长的差异。 In mixed systems where counterion ion bisectomy coexist, it has been revealed that hydrogen bonds between imidazolium rings and BF_4, a reduction in enthalpy where counterion ions with small hydration free energy preferentially occupies the vicinity of the head, and an increase in entropy, which effectively shares the space within the electric double layer, where counterions of different sizes of different sizes are limited, can change the counterion distribution, that is, the吸附膜结构。重要的是，能够使用上面显示的两种方法在不使用正常使用船尾层或扩散层代表的电动双层模型的情况下定量评估反离子分布。通过使用对离子特异性效应很重要的异质结构和对立面的特性，这些效应已被部分揭示，可以预期，与界面电现象有关的物理化学反应将更快地进展，例如验证现有的电力层模型，提出新的模型以及对界面体热动态量化的分子解释。

项目成果

Effect and mixing of counter anions at the surface of aqueous solution of imidazolium-based ionic liquids

• DOI: 10.1016/j.colsurfa.2013.02.062
• 发表时间: 2013-06
• 期刊: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
• 作者: Huihui Li;Y. Imai;T. Takiue;H. Matsubara;M. Aratono

全反射XAFS法による吸着膜の対イオン表面分布に及ぼすイオンの特異効果

使用全反射 XAFS 方法研究离子对吸附膜反离子表面分布的特定影响

• 发表时间: 2013
• 作者: Yosuke Imai;et al;Yosuke Imai;今井 洋輔
• 通讯作者: 今井 洋輔

Study on the distribution of binary mixed counterions in surfactant adsorbed films by total reflection XAFS measurements

全反射XAFS测量研究表面活性剂吸附膜中二元混合抗衡离子的分布

• DOI: 10.1016/j.jcis.2012.08.044
• 发表时间: 2012
• 期刊: Journal of Colloid and Interface Science
• 影响因子: 9.9
• 作者: Yosuke Imai;et al
• 通讯作者: et al

Miscibility of imidazolium and pyridinium ionic liquids including BF_4 at the air/ water interface

含 BF_4 的咪唑鎓和吡啶鎓离子液体在空气/水界面的混溶性

• 发表时间: 2013
• 期刊: Colloids and Surfaces A
• 作者: Hiroki Takumi;Yosuke Imai;et al
• 通讯作者: et al

全反射XAFS法によるイオン液体対イオンの水溶液表面での溶媒和構造に関する研究

全反射XAFS法研究水溶液表面离子液体抗衡离子的溶剂化结构

• 发表时间: 2013
• 期刊: 表面科学
• 作者: 今井洋輔;ら
• 通讯作者: ら