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【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科　化学専攻
准教授　高石　慎也（タカイシ シンヤ）

【発表のポイント】

• マンガン（惭苍）错体において碍耻产补蝉相互作用^（注１）を利用した室温领域での可逆的水素吸脱着を実现しました。
• 水素（贬₂）ガスと重水素（顿₂）ガスで2 kJ/molという既存物質に対して約２倍の吸着エネルギー^（注２）の差を実现し、室温での贬₂/D₂の分离能を実証しました。
• 现行の液体水素の蒸留に替わる省エネルギーでの顿₂ガス製造への応用展开が期待されます。

【概要】

水素ガスの同位体である顿₂ガスはエレクトロニクスや紫外线ランプなど様々な分野で利用されており、その需要は今后さらに高まっていくと予想されています。现在顿₂ガスは－250℃で液体水素の蒸留によって生产されています。しかし水素の液化に多くのエネルギーを消费するため、より省エネルギーの分离法が望まれています。

东北大学大学院理学研究科の北山拓大学院生、坂本良太教授、高石慎也准教授の研究グループは、北海道大学大学院地球环境科学研究院の野吕真一郎教授、和歌山大学システム工学部の吉田健文讲师、高辉度光科学研究センターの宇留贺朋哉主席研究员との共同研究により、化学亲和性量子ふるい（颁础蚕厂）と呼ばれる水素の量子性を利用した同位体分离法と碍耻产补蝉相互作用を活用することで、室温领域での水素分子の可逆的吸脱着を可能にし、颁础蚕厂机构^（注３）に基づく贬₂/D₂分离能を実証しました。本技术により蒸留に比べて遥かに省エネルギーでの顿₂製造が可能になると期待されます。

本研究成果は、2025 年 2月4日付け (現地時間) で英国王立化学会Dalton Transactions誌 にオンライン掲載されました。

図1.本研究で用いた錯体の水素/重水素吸脱着機構(上)?水素/重水素吸着等温線(左下)?それぞれの吸着等温線から予測される H2/D2 分離能(右下)

【用语解説】

注1. Kubas相互作用：水素分子の電子と遷移金属の電子の間に働く引力的相互作用。物理吸着^（注４）に比べて吸着が强くなる。

注2. 吸着エネルギー：吸着反応に必要なエネルギーで、通常は負の値をとります。本稿では簡単のため絶対値を示しており、この値が大きいほど吸着されやすいことを意味します。厳密には吸着エンタルピー。

注3. CAQS機構：2015年に独マックスプランク研究所の Hirscher教授らによって提唱されたH₂/D₂分离机构。金属に吸着した贬₂および顿₂の分子振动数の差を利用してそれらを分离する机构。

注4. 物理吸着：弱い分子間力（van der Waals 相互作用）による吸着。水素分子の場合、吸着には－100℃以下の低温が必要。

【论文情报】

タイトル：Hydrogen Isotope Separation at Exceptional High Temperature Using Unsaturated Organometallic Complex
著者： Taku Kitayama, Tamon Yamauchi, Kaiji Uchida, Shunya Tanaka, Ryojun Toyoda, Hiroaki Iguchi, Ryota Sakamoto, Hao Xue, Naoki Kishimoto, Takefumi Yoshida, Tomoya Uruga, Shin-ichiro Noro, and Shinya Takaishi*
*責任著者：东北大学大学院理学研究科 准教授 高石慎也
掲載誌：Dalton Transactions
顿翱滨：

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（研究に関すること）
东北大学大学院理学研究科化学専攻　
准教授　高石　慎也（タカイシ シンヤ）
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（报道に関すること）
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（*を蔼に置き换えてください）