Formation of quasi-one-dimensional ice in silicate materials and super proton conductivity therein

硅酸盐材料中准一维冰的形成及其超质子电导率

• 批准号: 22K03465
• 负责人: 佐藤 公法
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Gakugei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03465/
• 关键词: ケイ酸塩鉱物; プロトン伝導; ナノ空間; 一次元アイス

ケイ酸塩物質は地殻を構成する鉱物の大部分を占め，地球上で最も産出量が多い．加えて毒性もない．ケイ酸塩物質は一般に絶縁体に分類される．つまりケイ酸塩物質そのものに電流は流れない．資源的に安定で，かつ環境負荷のないケイ酸塩物質が伝導特性を持つようになれば環境・エネルギー分野の観点から意義がある．本研究では，ケイ酸塩鉱物中に多量に含まれる二次元形状のナノ空間，およびナノ空間内部で強く凝集する特異な水分子ネットワークに着目する．メカノケミカル反応により二次元形状ナノ空間を一次元異方性を有するナノ空間に改質し，一次元方向に空間制約を受けた準一次元アイスを構築する．平行して高い反応断面積で水分子解離を進行させ，効率的なプロトン生成を行う．さらにナノ空間近傍に局所生成する負電荷にプロトンを弱局在させ，空間内部への閉じ込めを行う．上記を同時に発現させることにより，無加湿・常温環境下で超プロトン伝導の発現を目指す．初年度は，ベースとなる試料としてケイ酸塩鉱物である合成サポナイトナノ粒子を採用した．当該試料には，サポナイトの基本ユニットである二次元ナノシート層間のナトリウムイオンに物理吸着した吸着水が多量に存在していることが熱重量示差熱同時測定でわかった．メカノケミカル反応を推進するための水分子ネットワークが十分に得られることが示唆された．湿式条件下で遊星型ボールミル等を用いたメカノケミカル反応により，サポナイトを構成するSiO4四面体の剥離，細分化が示唆された．ポジトロニウム分光実験によるナノ空間計測からは，二次元形状ナノ空間が一次元異方性を有するナノ空間に改質されていることが示唆された．

硅酸盐物质是构成地球地壳的大部分矿物质，并产生地球上最大的矿物质。另外，它没有毒性。硅酸盐材料通常被归类为绝缘子。换句话说，没有电流流经硅酸盐材料本身。如果资源稳定且没有环境影响的硅酸盐材料将成为导电性，那么从环境和能源场的角度来看，它将是有意义的。这项研究的重点是二维纳米空间，这些纳米广场在硅酸盐矿物质中大量包含，以及在纳米空间中强烈聚集的独特水分子网络。机械化学反应将二维纳米空间改革为具有一维各向异性的纳米空间，并构建了在一维方向上受到空间约束的准二维冰。与高反应横截面并联进行水分子解离，并进行有效的质子产生。此外，质子在纳米空间附近局部产生的负电荷微弱地本地化，将其限制在空间内。通过同时表达上述内容，我们旨在在变厚的室温环境中开发超普罗顿传导。在第一年，使用硅酸盐矿物质的合成皂一纳米颗粒被用作基本标本。同时进行热差分测量结果表明，样品中包含大量吸附的水，物理吸附在二维纳米片层之间的钠离子上，这是皂石的基本单位。有人提出，有足够的水分子网络可用于驱动机械化学反应。在湿条件下使用行星球磨牙的机械化学反应表明，Sio4四面体的分离和细分是构成锌矿的。使用正电子光谱实验的纳米空间测量表明，二维纳米空间已被修改为具有一维各向异性的纳米空间。

项目成果

Positrons and positronium in macromolecules: Consequences of different charge states

大分子中的正电子和正电子素：不同电荷状态的后果

• DOI: 10.1016/j.radphyschem.2022.110590
• 发表时间: 2023
• 期刊: Radiation Physics and Chemistry
• 影响因子: 2.9
• 作者: Yoshinori Kobayashi;Kiminori Sato;Masato Yamawaki;Koj Michishio;Toshitaka Oka;Masakazu Washio
• 通讯作者: Masakazu Washio