水素クラスレート

水素クラスレートは、水格子内に水素を含むクラスレートです。この物質は、水素経済において水素を貯蔵する用途として興味深いものです。[ 1 ] [ 2 ] クラスレート水和物としての水素貯蔵の最新技術と将来の展望および課題を説明した最近のレビューが、Veluswamy ら (2014) によって報告されています。[ 3 ]もう 1 つの珍しい特徴は、氷内の各ケージ サイトに複数の水素分子が存在できることです。これは、この特性を持つクラスレートを形成する非常に数少ないゲスト分子の 1 つです。水素と水の最大比率は、6 H 2に対して 17 H 2 Oです。 [ 4 ]これは、250K 、 300MPa (3000 バール) の圧力でダイヤモンド アンビル で形成できます。形成には約 30 分かかるため、この方法は急速な製造には実用的ではありません 。[ 5 [ 4 ] ケージの区画は16面体で、2～4個の水素分子を保持します。160K以上の温度では、分子はケージ内で回転します。120K以下の温度では、分子はケージ内の回転を停止し、50K以下の温度では固定された位置に固定されます。これは、中性子散乱実験において重水素を用いて確認されました。[ 4 ]

高圧下では、1:1のクラスレートが形成されることがあります。これは立方晶構造で結晶化し、H 2とH 2 Oがダイヤモンド格子状に配列します。2.3 GPa以上で安定します。[ 6 ]

さらに高圧（38GPa以上）では、立方構造と1:2の比率（2H 2 •H 2 O）を持つクラスレートの存在が予測される。 [ 7 ]

より複雑なクラスレートは、水素、水、メタン[ 8 ]、テトラヒドロフラン[ 9 ]などの他の分子と共存することもある。

水素と水の氷は宇宙の一般的な構成要素であるため、適切な条件下では天然の水素クラスレートが形成される可能性が非常に高い。これは例えば氷の衛星で発生する可能性がある。[ 8 ]水素クラスレートは、巨大ガス惑星 を形成した高圧星雲では形成された可能性が高いが、彗星では形成されなかったと考えられる。[ 10 ]

参考文献

  1. ^ Hirscher, Michael編 (2010年3月24日). 「クラスレートハイドレート」.水素貯蔵ハンドブック：未来のエネルギー貯蔵のための新材料. Wiley. pp.  63– 79. doi : 10.1002/9783527629800.ch3 . ISBN 9783527629800。
  2. ^ Sabo, Dubravko; Sabo, Dubravko; Clawson, Jacalyn; Rempe, Susan; Greathouse, Jeffery; Martin, Marcus; Leung, Kevin; Varma, Sameer; Cygan, Randall; Alam, Todd (2007年3月7日). 「水素クラスレート水和物 - 潜在的水素貯蔵材料として」 . MAR07 Meeting of the American Physical Society . 52 (1): S39.012. Bibcode : 2007APS..MARS39012S . 2011年9月10日閲覧。
  3. ^ Veluswamy, Hari Prakash; Kumar, Rajnish; Linga, Praveen (2014). 「クラスレートハイドレートへの水素貯蔵：最新技術と将来の方向性」 . Applied Energy . 122 : 112– 132. Bibcode : 2014ApEn..122..112V . doi : 10.1016/j.apenergy.2014.01.063 .
  4. ^ a b c Lokshin, Konstantin A.; Yusheng Zhao; Duanwei He; Wendy L. Mao; Ho-Kwang Mao; Russell J. Hemley; Maxim V. Lobanov & Martha Greenblatt (2004年9月14日). 「高圧中性子回折による新規クラスレートハイドレート中の水素分子の構造とダイナミクス」. Physical Review Letters . 93 (12): 125503–1–125503–4. Bibcode : 2004PhRvL..93l5503L . doi : 10.1103/PhysRevLett.93.125503 . PMID 15447276 . 
  5. ^マオ、ウェンディ L. ;マオ、AFゴンチャロフ。 V.V.ストルシキン。 Q.郭さん。 J. Hu、J. Shu; RJ・ヘムリー; M ソマヤズル & Y. チャオ (2002)。 「クラスレートハイドレート中の水素クラスター」。科学。297 (5590): 2247–2249。Bibcode : 2002Sci...297.2247M。土井：10.1126/science.1075394。PMID 12351785。S2CID 24168225。  
  6. ^ Vos, Willem L.; Finger, Larry W.; Hemley, Russell J.; Mao, Ho-kwang (1996年8月). 「新規H2O-H2クラスレートにおける水素結合の圧力依存性」. Chemical Physics Letters . 257 ( 5–6 ): 524– 530. Bibcode : 1996CPL...257..524V . doi : 10.1016/0009-2614(96)00583-0 .
  7. ^ Qian, Guang-Rui; Lyakhov, Andriy O.; Zhu, Qiang; Oganov, Artem R.; Dong, Xiao (2014年7月8日). 「圧力下における新規水素ハイドレート構造」 . Scientific Reports . 4 : 5606. arXiv : 1310.1157 . Bibcode : 2014NatSR...4.5606Q . doi : 10.1038 / srep05606 . PMC 4085642. PMID 25001502 .  
  8. ^ a bストルシキン、ヴィクトル;ブルクハルト・ミリッツァー。ウェンディ・L・マオ。ホーグァン・マオ＆ラッセル・J・ヘムリー（2006年12月7日）。「分子包接化合物における水素貯蔵」(PDF)。化学のRev. 107 (10): 4133–4151 .土井: 10.1021/cr050183d。PMID 17850164。 
  9. ^ Smirnov, GS; Stegailov, VV (2015年12月17日). 「水素ガスハイドレートにおけるゲスト分子の異常拡散」.高温. 53 (6): 829– 836. Bibcode : 2015HTemp..53..829S . doi : 10.1134/S0018151X15060188 . S2CID 123843390 . 
  10. ^ Lunine, Jonathan I.; Stevenson, David J. (1985). 「低圧および高圧におけるクラスレートハイドレートの熱力学と外殻太陽系への応用」 .アストロフィジカル・ジャーナル・サプリメント・シリーズ. 58 : 493. Bibcode : 1985ApJS...58..493L . doi : 10.1086/191050 . 2011年9月10日閲覧。
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