日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
〒162-0801 東京都新宿区山吹町358-5 アカデミーセンター Japan Zeolite Association Academy Center, 358-5 Yamabuki-cho, Shinju-ku, Tokyo 162-0801, Japan
Zeolite 40(1): 1-8 (2023)
doi:10.20731/zeoraito.40.1.1

解説解説

ゼオライト細孔内で観測されたAg(I)–Xe化合物形成を駆動力とする室温低圧下におけるXe選択捕集Selective Collection of Xe under Low Pressure at Room Temperature Driven by the Formation of Ag(I)–Xe Compound Observed in MFI Zeolite Pores

1名古屋大学大学院工学研究科Department of Materials Chemistry, Graduate School of Engineering, Nagoya University ◇ 〒464–8603 愛知県名古屋市千種区不老町

2岡山大学学術研究院自然科学学域Department of Chemistry, Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University ◇ 〒700–8530 岡山県岡山市北区津島中3–1–1

受理日:2022年9月11日Accepted: September 11, 2022
発行日:2023年1月31日Published: January 31, 2023
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閉殻電子配置を有する貴ガス元素は化学的に安定である。そのため,貴ガスの捕集や精製は非常に困難である。ここでは,これら応用に向けた新しいコンセプトとして“orbital trap of Xe”を提案する。この概念はMFIゼオライト細孔内のAg(I)サイトが室温で引き起こすXe吸着/分離過程で見出された。ゼオライト格子酸素に配位されたAg(I)イオンは優れた電子受容性をもち,それがXe-5p→Ag(I)-5s電子供与相互作用を誘発し,室温低圧下でもXeと安定なσ結合を形成することが実験と計算で示された。一方,Krの場合,Kr-4p軌道のエネルギーが比較的高いため,Kr-4p→Ag(I)-5sの電子供与相互作用が不安定となり,常温では安定な結合が形成されない。従って,XeとKrを識別する駆動力がAg(I)-MFI細孔内で生じる。実条件を模擬したXe/Kr混合ガスからのXe分離はAg(I)サイトを高濃度に含むAg(I)-MFIを用いて確かに達成され,“orbital trap of Xe”がXeを選択捕集に対して有効なアプローチであることが示された。

Rare gas elements are chemically stable because of their closed-shell electron configuration, which makes the collection and purification of rare gases very difficult. Here, we present a new concept, orbital trap of Xe, for these applications. This concept was discovered in the Xe adsorption/separation process induced by Ag(I) sites in MFI zeolite pores under low pressure at room temperature. Experiments and DFT calculations showed that Ag(I) ions coordinated to zeolite lattice oxygen have excellent electron accepting property, which induces Xe-5p→Ag(I)-5s electron-donation interactions and forms a stable σ-bond with Xe even in the low-pressure region and at room temperature. On the other hand, in the case of Kr, the relatively high energy of the Kr-4p orbital makes the Kr-4p→Ag(I)-5s electron-donating interaction unstable and stable bonds are not formed. Thus, a driving force to discriminate between Xe and Kr occurs in the Ag(I)-MFI pore. Separation of Xe from Xe/Kr/O2 mixtures at ambient temperature, simulating the practical conditions, was indeed achieved using Ag(I)-MFI with high concentrations of Ag(I) sites, indicating that the orbital trap of Xe is a promising and efficient approach for selective Xe collection.

キーワード:常温低圧駆動Xe選択捕集;Agイオン交換MFIゼオライト;金属–貴ガス化学結合

Key words: selective collection of Xe at low temperature and pressure; Ag ion-exchanged MFI zeolite; metal-noble gas chemical bond

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