mixed hydrate
混合ガスハイドレートの結晶構造選択則
我々のグループの新しい論文が出版されました。 メタンや CO2 などのガス分子が水のケージに閉じ込められてできるガスハイドレート——いわば「ガス入りの氷」——は、エネルギー資源としての利用やパイプラインの詰まり防止など、実用面でも重要な物質です。ところが、2 種類以上のガスが混ざっているとき、どの結晶構造が生じるかは一筋縄ではいきません。同じ組成でも、構造によって性質が大きく変わるため、「どの構造が選ばれるか」を予測できると、実験の前に方針を立てやすくなります。 本研究では、混合ガスハイドレートの結晶構造選択則を、拡張 van der Waals–Platteeuw（vdWP）理論を用いて整理しました。まず、分子配置から機械的に不安定な空ケージ構造をあらかじめ除外する経験則（VOP）を提案し、候補を絞り込みます。次に、ゲスト分子の種類と混合比がどの構造を安定化させるかを考察し、微量の第二成分を加えるだけで相転移を起こし、新しい安定相や準安定相を探索できることを示しました。 美しい結晶構造を持つ物質としての側面と、エネルギー・環境工学への応用——その両方を見据えた理論化学の仕事です。水和物や結晶構造予測に興味がある方には、身近な題材かもしれません。 河原亘佑(本研究室OB, 2025年度修士修了), 松本正和, 田中秀樹, 2026. 混合ガスハイドレートの結晶構造選択則. 低温科学 84, 155–164. DOI:10.14943/lowtemsci.84.155 音声解説
CH4-CO2二元系クラスレートハイドレートの相挙動について： 水相との平衡
我々のグループの新しい論文が出版されました。 我々は、対応する水和物と共存する水溶液状態におけるゲストの CH4および/または CO2の溶解度を探索する。平衡条件は、対分子間ポテンシャルを用いた統計力学的理論に基づき、ハイドレート中の水とゲスト種の化学ポテンシャルを計算することにより見積もった。これにより、二元系ハイドレートであっても、温度、圧力、ゲスト種の組成の広い範囲をカバーしながら、最小の計算コストで済む。ハイドレートの最も重要な特徴の一つである非化学量論的性質は、その相挙動やハイドレートの核生成の駆動力を評価する際に必ず考慮される。CO2ハイドレートに関する二相平衡は、水に対する CO2の溶解度が低いものの有限であることを考慮して評価される。有限な溶解度は、CO2ハイドレートの解離温度の小さな系統的な偏差をもたらすことがわかった。流体 CO2と共存する CO2の溶解度は温度とともに減少するが、ハイドレートの存在下では CH4の場合と逆の温度依存性が得られる。この方法を様々なゲスト組成の CH4-CO2二元水和物に適用した。また、平衡に関与する相の間でゲストの組成に大きな違いがあることも見いだした。 Hideki Tanaka, Masakazu Matsumoto, Takuma Yagasaki; On the phase behaviors of CH4–CO2 binary clathrate hydrates: Equilibrium with aqueous phase; J. Chem. Phys. 161, 214503 (2024). https://doi.org/10.1063/5.0244386