制限ナノ空間水における水素結合ネットワークの発達と,低温安定構造及びダイナミクス

受限纳米空间水中氢键网络的发展、低温稳定结构和动力学

基本信息

批准号：
08J09631
负责人：
渡辺啓介
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

結晶性でかつ円筒状の一次元細孔を持つ,[M(H_2bim)_3](TMA)・nH_2O(M=Cr, Co, Ru)内部に閉じ込められた一次元水の熱測定の比較解析を進めた.既報の非晶性一次元細孔壁を持つMCM-41シリカとの比較により,細孔壁が結晶性あるいは非晶性の違いは,細孔水の低温秩序構造を決定づける重要な因子であることを明らかにした.また,前年度に合成した二次元シリカ(膜厚d=3.7, 2.9, 2.7, 2.3nm)内部に薄膜水を閉じ込め,熱測定を行った。これより,内部に閉じ込められた二次元薄膜水は,膜厚の減少とともに,融点降下することを見いだし,水の膜厚に対する融点の状態図を作成した.得られた状態図は,既報のMCM-41シリカ細孔水と異なることから,一次元水とは異なった構造を持つ二次元水の存在の確証を得た.さらに,断熱型熱量計によるエンタルピー緩和速度測定から,細孔壁の近傍に存在する二次元界面水のガラス化を観測し,そのガラス転移温度T_gは膜厚に依らず,134Kと一定値を示すという結果を得た.これを既報の一次元界面水における,細孔径の増加に対するT_gの増大傾向と比較して,一次元界面水の細孔径無限大の極限としての二次元界面水のT_gが,一定値を示すことを提案した.このモデルは,長年論争中のT_g=136Kを示す蒸着非晶質氷の構造解明にも貴重な示唆を与える.このような形状制御した細孔水について,その挙動が実験的に明らかにされたことは,今後の凝縮体科学にとって大変重要に貢献するものと期待される.

[M(H_2bim)_3](TMA)·nH_2O(M=Cr, Co,对Ru)内部限制的一维水的热测量进行了比较分析。与先前报道的具有非晶一维孔壁的MCM-41二氧化硅进行比较，发现孔壁要么是结晶的，要么是非晶的。揭示性别差异是决定孔隙水低温有序结构的重要因素。此外，二维二氧化硅（膜厚d=3.7、2.9、2.7，水薄膜被困在内部（2.3 nm）并进行热测量。由此，我们发现，内部水的二维薄膜的熔点随着膜厚度的减小而降低，并且我们创建了熔点与水膜厚度的相图。获得的相图基于此前报道的MCM -41 既然与二氧化硅孔隙水不同，那么什么是一维水呢？我们证实了不同结构的二维水的存在。此外，我们通过绝热量热仪测量焓弛豫率观察了孔壁附近二维界面水的玻璃化，发现玻璃化转变温度无论膜厚如何，T_g都是134K的恒定值。与之前报道的一维界面水的T_g随孔径增大的趋势相比，我们发现二维界面水的T_g是一维界面水无限孔径的极限。的价值这为阐明正在讨论的T_g=136K沉积的非晶冰的结构提供了有价值的建议。通过实验阐明以这种方式控制的孔隙水的行为将是未来研究的关键因素。预计这将对凝聚态科学做出非常重要的贡献。