中性子回折によるメタンハイドレートの精密構造解析

Precise structural analysis of methane hydrate by neutron diffraction

井川 直樹   ; 星川 晃範; 石井 慶信

Igawa, Naoki; Hoshikawa, Akinori; Ishii, Yoshinobu

メタンハイドレートは水分子が水素結合により2種類のカゴ(12面体及び14面体)を形成し、それらが積み重なった結晶構造であることが明らかにされているが、カゴの中に内包されたメタンの挙動や形成・分解過程などの原子レベルでの基礎物性については必ずしも明確ではない。本報告では、メタンハイドレートを形成する2種類のカゴの中のメタン分子の挙動を解明することを目的に、原子力機構のJRR-3に設置してある高分解能粉末中性子回折装置を用いて回折パターンを測定し、Rietveld法及びマキシマムエントロピー法による解析を行った。水素と重水素では中性子散乱長の符号が異なる性質を利用し、本研究ではメタン分子の水素とカゴを形成する水分子の水素を明確に識別するために重水(DO)と一般のメタン(CH)からメタンハイドレートを合成した。その結果、メタンハイドレート中のカゴの構造からメタン分子を浮き上がらせることに成功し、これをもとにさらに詳細な構造解析を行うことで、カゴの種類によりメタン分子の挙動に違いがあること、また、この挙動は温度によって変化することを明かにした。

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