Yagasaki, T., Matsumoto, M. & Tanaka, H. Statistical mechanical theory and computational study on thermodynamic stability of clathrate hydrates. J. Chem. Phys. 164 (2026)
クラスレート水和物（水分子が作るナノサイズの籠状の結晶の中に、メタンや二酸化炭素などの気体分子が閉じ込められた物質）は、次世代のエネルギー資源やガス貯蔵・分離技術として注目されています。この水和物がどのような温度や圧力のもとで安定に存在できるか（熱力学的安定性）を正確に予測することは、応用面でも基礎科学の面でも極めて重要です。
本研究では、個々の分子のミクロな動きや相互作用から物質全体の性質を導き出す物理学の手法である「統計力学」理論と、コンピュータシミュレーションを組み合わせることで、クラスレート水和物の安定性を精密に評価する理論的手法を構築・展開しました (MT2022, TMY2023)。籠の中に閉じ込められる気体分子の種類や占有率が、全体の構造安定性にどのように寄与するかを分子レベルで計算しています。
この理論的アプローチにより、複雑な多相平衡状態や多様なガス水和物の安定性を統一的に解釈することが可能になりました (TMY2024, KMT2026)。本研究の成果は、メタンハイドレートからの効率的なガス回収や、二酸化炭素を安定に貯蔵する技術の開発に向けた理論的基盤を与えるものです。
Abstract
本研究では、クラスレート水和物の熱力学的安定性について、統計力学理論および計算手法を用いた系統的な解析を行いました。さまざまなゲスト分子や状態条件における水和物の構造安定化メカニズムを定量的・理論的に明らかにし、その熱力学的挙動を予測する枠組みを提供しています。(要旨情報なし・Geminiによる要約)
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