ナノ細孔系での物理吸着の新展開New insight into physical adsorption on nanoporous solids
1 信州大学エキゾチックナノカーボンENCs Project, Shinshu University ◇ 〒380-8533 長野県長野市若里4-17-1
2 千葉大学大学院理学研究科Graduate school of science, Chiba University ◇ 〒263-8522 千葉県千葉市稲生区弥生町1-33
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固体と気体分子との相互作用である,物理吸着,化学吸着,吸収および吸蔵は,相互作用時に分子と固体の構造を変えるか否かで判別できる。例えば,物理吸着では求引相互作用が分散相互作用であるために,分子と固体の構造が変わらない。しかし,ナノ細孔系では物理吸着といえども相互作用が強調され優れた吸着特性を示す。ナノ細孔体は多様であり,その吸着特性は大変異なっている。柱構造である細孔性配位高分子(PCP)結晶は本質的に壁構造を主とする他のナノ細孔体よりも高表面積をとりうる。PCP結晶には吸着に鋭敏な格子の柔軟性を示すものがあり,特定の圧力で気体を吸着するゲート吸着を起すことがある。新たな物理吸着現象に低温で顕著な量子分子篩効果がある。水素や重水素のように軽い同位体は量子的揺動によって実効サイズと分子間相互作用が異なり,ナノ細孔系では分子量の大きな分子がより吸着されるという顕著な分子篩性が現れる。また,疎水的な表面特性を有するカーボンがnmスケールの細孔をもつと,水蒸気を低圧から吸着できるようになり,あたかも親水性を獲得したように振舞う。この見かけ親水性には水分子クラスターと細孔とのフィッティングが関係している。
Physical adsorption, chemisorption, absorption and occlusion as the typical interaction between a gaseous molecule and solid can be classified by the structural change in the molecule and/or solid on the mutual interaction. Physical adsorption, of which attractive interaction originates from dispersion interaction, does not change both structures of the molecule and solid. However, physical adsorption in nanopores is highly enhanced due to the overlapped interaction potential between the molecule and pore wall; various kinds of nanoporous solids exhibit characteristic adsorption behavior. Porous coordination polymer (PCP) crystals having pillar frame structure can have larger surface area than other nanoporous solids consisting of wall frame structure such as zeolite and porous carbon. Some of PCP crystals have flexible nature, showing gate adsorption. Quantum molecular sieving effect is a new phenomenon in physical adsorption. Hydrogen isotopes can show different adsorption behavior due to the difference in the quantum fluctuation relating to the molecular weight; the quantum fluctuation difference in the isotopes gives a marked difference in adsorption in nanopores at low temperature. Water adsorption on nanoporous carbon of hydrophobicity shows apparent hydrophilicity depending on the matching between the pore width and cluster size of water molecules.
キーワード:ナノ細孔;物理吸着;ゲート吸着;分子篩;水吸着
Key words: nanopore; physical adsorption; gate adsorption; quantum molecular sieving; wateradsorption
© 2012 ゼオライト学会© 2012 Japan Association of Zeolite
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