Yasuoka Laboratory

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クラスレートハイドレートに関する研究

  クラスレート水和物(クラスレートハイドレート,以下ハイドレート)とは水分子が水素結合によって下図のようなかご状の結晶(キャビティ)を作りその中に水以外の物質が包み込まれて出来る結晶のことを言います.

ハイドレートの構造例(構造I)
キャビティの種類

 ハイドレートは近年天然ガスの輸送貯蔵技術としての利用や新規なエネルギー・環境技術に関する重要なアプリケーションとして非常に注目を集めています.またハイドレートは自然界にも多く存在しており,特に有名なものとして次世代エネルギー資源としての期待を集めるメタンハイドレートがあります.
 これらハイドレートに関する研究は比較的歴史が浅く,生成過程における分子の挙動や平衡条件下の物性など未だ知られていないことが多くあります.工業的に非常に注目度の高いハイドレートは実験のみでなくシミュレーションによるミクロな情報の解明にも力を注がれており,当研究室でもシミュレーションによるアプローチにより諸物性を調べています.

構造Iハイドレートのシミュレ−ション

メタンハイドレート分解の様子
 
構造Iハイドレートのシミュレ−ション
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関連論文

  • Hiratsuka, M., Ohmura, R., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Vibrational Spectra of Deuterated Methane and Water Molecules in Structure I Clathrate Hydrate from ab initio MD simulation", Molec. Simul., 41, 813-817(2015). DOI : 10.1080/08927022.2014.929125
  • Yuhara, D., Hiratsuka, M., Takaiwa, D. and Yasuoka, K., "Analysis of crystal growth of methane hydrate using molecular dynamics simulation", Molec. Simul., 41, 918-922(2015). DOI : 10.1080/08927022.2014.978313
  • Grim, R. G., Barnes, B. C., Lafond, P. G., Kockelmann, W. A., Keen, D. A., Soper, A. K., Hiratsuka, M., Yasuoka, K., Koh, C. A. and Sum A. K., "Observation of Interstitial Molecular Hydrogen in Clathrate Hydrates", Angew. Chem. Int. Ed., 53, 10710(2014). DOI : 10.1002/anie.201406546
  • Takeuchi, F., Hiratsuka, M., Ohmura, R., Alavi, S., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Water Proton Configurations in Structures I, II and H Clathrate Hydrate Unit Cells", J. Chem. Phys., 138, 124504(2013). DOI : 10.1063/1.4795499
  • Hiratsuka, M., Ohmura, R., Sum, A. K., and Yasuoka, K., "Vibrational Modes of Methane in the Structure H Clathrate Hydrate from Ab initio Molecular Dynamics Simulation", J. Chem. Phys., 137, 144306(2012). DOI : 10.1063/1.4757914
  • Hiratsuka, M., Ohmura, R., Sum, A. K., and Yasuoka, K., "Molecular Vibrations of Methane Molecules in the Structure I Clathrate Hydrate from Ab Initio Molecular Dynamics Simulation", J. Chem. Phys., 136, 044508(2012). DOI : 10.1063/1.3677231
  • Takeuchi, F., Ohmura, R., and Yasuoka, K., "Statistical-thermodynamics modeling of clathrate hydrate forming systems suitable as working media of a hydrate-based refrigeration system", Int. J. Thermophys., 30, 1838(2009). DOI : 10.1007/s10765-009-0661-8
  • Sato, E., Miyoshi, T., Ohmura, R., and Yasuoka K., "Phase Equilibrium Calculation for Clathrate Hydrates based on a Statistical Thermodynamics Model: An Attempt to Optimize the Kihara Parameters for Methane and Ethane", Jpn. J. Appl. Phys., 46, 5944-5950(2007). DOI : 10.1143/JJAP.46.5944
  • Miyoshi, T., Imai, M., Ohmura, R., Yasuoka, K., "Thermodynamic stability of type-I and II clathrate hydrates depending on the chemical species of the guest substances", J. Chem. Phys., 126, 234506(2007). DOI : 10.1063/1.2746324
  • Miyoshi, T., Ohmura, R., Yasuoka, K., "Predicting thermodynamic stability of clathrate hydrates based on molecular-dynamics simulations and its confirmation by phase-equilibrium measurements", J. Phys. Chem. C, 111, 3799(2007). DOI : 10.1021/jp068244e
  • Miyoshi, T., Ohmura, R., Yasuoka, K., "Molecular Dynamics Simulations of Structure-H Hydrates Formed with Methane and 3,3-Dimethylpentane or 2,2-Dimethylpentane", Molecular Simulation, 33, 65(2007). DOI : 10.1080/08927020601059885
  • Okano, Y., Yasuoka, K., "Free-energy calculation of structure-H hydrates", Journal of Chemical Physics, 124, 024510(2006). DOI : 10.1063/1.2150430
  • Tsuji, H., Kobayashi, T., Okano, Y., Ohmura, R., Yasuoka, K., Mori, Y.H., "Thermodynamic simulations of isobaric hydrate-forming operations: Formulation of computational scheme and its application to hydrate formation from a methane plus ethane plus propane mixture", Energy & Fuels, 19, 1587-1597(2005). DOI : 10.1021/ef050009s
  • Ohmura, R., Ogawa, M., Yasuoka, K., Mori, Y.H., "Statistical study of clathrate-hydrate nucleation in a water/hydrochlorofluorocarbon system: Search for the nature of the "memory effect"", Journal of Physical Chemistry B, 107, 5289-5293(2003). DOI : 10.1021/jp027094e
  • Yasuoka, K., Murakoshi, S., "Molecular dynamics simulation of dissociation process for methane hydrate", Annals of the New York Academy of Sciences, 912, 678-684(2000). DOI : 10.1111/j.1749-6632.2000.tb06823.x

関連発表(国際学会)

  • Yuhara, D., Brumby, P. E., Wu, D. T., Sum, A. K. and Yasuoka, K, "Phase equilibrium study of methane hydrate by NVT molecular dynamics simulation", Coarse graining:force fields and simulation, London, UK, Sep., 2015.
  • Brumby, P. E., Yuhara, D., Wu, D. T., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Cage occupancies in sI methane hydrates by Gibbs ensemble Monte Carlo simulation", Coarse graining:force fields and simulation, London, UK, Sep., 2015.
  • Yuhara, D., Barnes, B. C., Suh, D., Wu, D. T., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Analysis of nucleation and phaxse equilibrium of methane hydrate by molecular dynamics simulation", Telluride Workshop "Clathrate Hydrates Fundamentals: Bridging Molecular Structures to Microscopic Properties and Behavior”, Telluride, USA, Jul., 2015.
  • Brumby, P. E., Yuhara, D., Wu, D. T., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Gibbs ensemble Monte Carlo simulations of sI methane hydrate", Telluride Workshop "Clathrate Hydrates Fundamentals: Bridging Molecular Structures to Microscopic Properties and Behavior”, Telluride, USA, Jul., 2015.
  • Yamada, M., Hiratsuka, M., Wu, D. T., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Vibrational Analysis of Guest Molecule in Clathrate Hydrate with Density Functional Theory", Telluride Workshop "Clathrate Hydrates Fundamentals: Bridging Molecular Structures to Microscopic Properties and Behavior”, Telluride, USA, Jul., 2015.
  • Yuhara, D., Suh, D., Barnes, B. C., Wu, D. T., Sum, A. K. and Yasuoka, K., "Nucleation study for methane hydrate by molecular dynamics", 19th Symposium on Thermophysical Properties, Boulder, USA, Jun., 2015.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, and Kenji Yasuoka, "Molecular motion analysis of amyl-alcohol in structure II and H clathrate hydrates by molecular dynamics simulation", 1st International Symposium on Computational Materials and Biological Sciences, Tokyo, Japan, Sep., 2013.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, and Kenji Yasuoka, "Ab initio Calculations of Vibrational Spectra and Guest - Host Interaction in Clathrate Hydrate", 16th International Conference on the Properties of Water and Steam, London, UK, Sep., 2013.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Vibrational Spectra of Amyl-Alcohol Molecules in Clathrate Hydrates from Ab initio Molecular Dynamics Simulation", The Seventh General Meeting of ACCMS-VO, Sendai, Japan, Nov., 2012.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Molecular motions of guest molecules in clathrate hydrates: ab initio molecular dynamics simulation", International Workshop MSSMBS'12, Dubuna, Russia, Sep., 2012.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Car-Parrinello molecular dynamics simulations with Grimme vdW correction for clathrate hydrates consisting of alcohol and fluorocarbon molecules", 4th EuCheMS Chemistry Congress, Prague, Czech Republic, Aug., 2012.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Ab initio Molecular Dynamics Simulations for Molecular Vibrations and Motions of Guest Molecules in Clathrate Hydrates", Tellluride Workshop on the Microscopic of Gas Hydrate, Telluride, USA, Jul., 2012.
  • Ryuji Sakamaki, Kenji Yasuoka, Eric M. Grzelak, David T. Wu, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, "Calculation of interfacial tensions between hydrate and liquid phases using molecular simulation", 7th International Conference on Gas Hydrates ICGH7 2011, Edinburgh, Scotland, Jul., 2011.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Vibrational spectra of methane clathrate hydrates from ab initio molecular dynamics simulation", 7th International Conference on Gas Hydrates ICGH7 2011, Edinburgh, Scotland, Jul., 2011.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Vibrational spectra of methane molecule in the structure I clathrate hydrate from ab initio molecular dynamics simulations", 12th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice, Sapporo, Japan, Sep., 2010.
  • Ryuji Sakamaki, Ryo Ohmura, Tetsu Narumi, Kenji Yasuoka Kenji, "Accelerating molecular simulations to investigate the properties of clathrate hydrate by using Graphic Processing Units", Telluride Workshop on the Microscopic Description of Gas Clathrate, Telluride, USA, Jul., 2010.
  • Kenji Yasuoka, "Free Energy Calculation of Clathrate Hydrates / Vibrational Spectra of Methane in Structure-1", Telluride Workshop on the Microscopic Description of Gas Clathrate, Telluride, USA, Jul., 2010.
  • Masaki Hiratsuka, Ryo Ohmura, Kenji Yasuoka, "Vibrational spectra of clathrate hydrates from ab initio molecular dynamics simulation", Clathrate Hydrates and Technology Innovations - Challenges Toward a Symbiotic Energy Paradigm, Yokohama, Japan, Mar., 2010.
  • Hayato Aida, Ryuji Sakamaki, Fumihito Takeuchi, Ryo Ohmura, Amadeu K. Sum, Kenji Yasuoka, "Calculation of Phase Equilibrium Condition and Occupancy Ratio of Clathrate Hydrate by Gibbs Ensemble Monte Carlo", Clathrate Hydrates and Technology Innovations - Challenges Toward a Symbiotic Energy Paradigm, Yokohama, Japan, Mar., 2010.
  • Fumihito Takeuchi, Ryo Ohmura, Kenji Yasuoka, "Thermodynamic Stability on Fluorocarbon Clathrate Hydrates", Clathrate Hydrates and Technology Innovations - Challenges Toward a Symbiotic Energy Paradigm, Yokohama, Japan, Mar., 2010.
  • Ryuji Sakamaki, Ryo Ohmura, Tetsu Narumi, Kenji Yasuoka, "Potential Model Dependency of Thermodynamical Properties on Methane/Water Interface", Clathrate Hydrates and Technology Innovations - Challenges Toward a Symbiotic Energy Paradigm, Yokohama, Japan, Mar., 2010.
  • Keisuke Minatoya, Ryo Ohmura, Kenji Yasuoka and Amadeu K. Sum, "Gibbs Ensemble Monte Carlo Simulations on the Binary Phase Equilibrium of Methane Hydrate / Methane Vapor", 15th International Conference on the Properties of Water and Steam, Berlin, Germany, Sep., 2008.
  • Keisuke Minatoya, Tatsuya Miyoshi, Ryo Ohmura, Kenji Yasuoka, "Solubility of Methane under Water under High-Pressure/Low-Temperature Conditions by Gibbs Ensemble Monte Carlo Simulation", The 8th Asian Thermophysical Properties Conference, Fukuoka, Japan, Aug., 2007.
  • Tatsuya Miyoshi, Ryo Ohmura, and Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Simulations for Structure-H Hydrates of Hydrocarbons Large Molecular Guest Substances", 11th International Conference on the Physics and Chemistry of Ice, Bremerhaven, Germany, Jul., 2006.
  • Tatsuya Miyoshi, Ryo Ohmura, and Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Simulation of Structure-H Hydrate Formed with Methane and Methylbutane", Symposium on Progress and Future Prospects in Molecular Dynamics Simulation -In Memory of Professor Shuichi Nose-, Yokohama, Japan, Jun., 2006.
  • Yamato Okano and Kenji Yasuoka, "Free energy calculation of structure-H hydrate", Fifth International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2005), Trondheim, Norway, Jun., 2005.
  • Yamato Okano and Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Simulation of Decomposition Process for Structure-H Hydrate", 14th International Conference on the Properties of Water and Steam (14th ICPWS), Kyoto, Japan, Aug., 2004.
  • Yamato Okano and Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Simulation of Dissociation Process for Methane Hydrate", Joint Meeting: "International Conference on Molecular Simulation (ICMS)" and "Computational Science Workshop 2004 (CSW2004)", Tsukuba, Japan, Jan., 2004.
  • Kei Miyazaki, Kenji Yasuoka, "Molecular Dynamics Simulation of Formation Process for Methane Hydrate", Fourth International Conference on Gas Hydrates, Yokohama, Japan, May., 2002.

関連発表(国内学会)

  • 平塚将起, 大村亮, Sum Amadeu K., 泰岡顕治, "分子動力学シミュレーションを用いたゲスト分子の運動と格子振動の関係の解明", 第34回日本熱物性シンポジウム, 富山, 日本, 2013年11月.
  • 平塚将起, 大村亮, Amadeu K. Sum, 泰岡顕治, "ゲスト-水分子間相互作用がクラスレート水和物の振動スペクトルに及ぼす影響の第一原理分子動力学シミュレーション", 第50回日本伝熱シンポジウム, 仙台, 日本, 2013年05月.
  • 平塚将起, 大村亮, Amadeu K. Sum, 泰岡顕治, "クラスレート水和物のゲスト-水分子間水素結合が分子運動へ及ぼす影響の第一原理分子動力学シミュレーション", 第49回日本伝熱シンポジウム, 富山, 日本, 2012年05月.
  • 平塚将起,大村亮,泰岡顕治, "アルコールハイドレートの第一原理分子動力学シミュレーション", 第25回分子シミュレーション討論会, 大岡山, 日本, 2011年12月.
  • 平塚将起,大村亮,Amadeu K. Sum,泰岡顕治, "第一原理分子動力学シミュレーションを用いたクラスレート水和物の振動解析", 可視化情報学会全国講演会, 富山, 日本, 2011年09月.
  • 平塚将起,大村亮,Amadeu K. Sum,泰岡顯治, "第一原理分子動力学法を用いた構造Hハイドレートの振動スペクトル解析", 第48回日本伝熱シンポジウム, 岡山, 日本, 2011年06月.
  • 平塚将起, 大村亮, Amadeu K. Sum, 泰岡顕治, "第一原理分子動力学法を用いた構造I・構造Hクラスレート水和物中メタン分子の振動スペクトル解析", 第24回分子シミュレーション討論会, 福井, 日本, 2010年11月.
  • 竹内史人, 大村亮, 泰岡顕治, "フルオロカーボンハイドレートの熱力学的安定性", 第23回分子シミュレーション討論会, 愛知, 日本, 2009年11月.
  • 湊谷圭祐,大村亮,Amadeu, K. Sum,泰岡顕治, "ギブスアンサンブルモンテカルロ法を用いたメタンハイドレート/メタンガスの二相平衡シミュレーション", 第22回分子シミュレーション討論会, 岡山, 日本, 2008年11月.
  • 三好達也,大村亮,泰岡顕治, "分子動力学法によるクラスレート水和物の自由エネルギー計算", 平成18年度北海道大学低温科学研究所共同利用研究集会「氷、水およびクラスレート水和物の物性に関する研究集会」, 札幌, 日本, 2006年12月.
  • 三好達也,大村亮,泰岡顕治, "構造H ハイドレートの自由エネルギー計算", 第20回分子シミュレーション討論会, 仙台, 日本, 2006年11月.
  • 三好達也,大村亮,泰岡 顕治, "構造Hハイドレートの自由エネルギー計算", 熱工学コンファレンス2006, 横浜, 日本, 2006年11月.
  • 湊谷圭祐,三好達也,大村亮,泰岡 顕治, "水・ゲスト物質混合系のモンテカルロシミュレーション", 熱工学コンファレンス2006, 横浜, 日本, 2006年11月.
  • 三好達也,大村亮,泰岡顕治, "構造Hハイドレートの自由エネルギー計算", 第43回日本伝熱シンポジウム, 名古屋, 日本, 2006年05月.
  • 佐藤恵美,三好達也,大村亮,泰岡顕治, "van der Waals - Platteeuwのモデルを用いたクラスレート水和物の相平衡条件予測(Kiharaパラメータの提案)", 第43回日本伝熱シンポジウム, 名古屋, 日本, 2006年05月.
  • 岡野大和, 泰岡顕治, "構造Hハイドレートの熱力学的安定性に関する分子動力学シミュレーション", 第42回日本伝熱シンポジウム, 仙台, 日本, 2005年06月.
  • 岡野大和, 泰岡顕治, "構造Hハイドレートの自由エネルギー計算", 第18回分子シミュレーション討論会, 京都, 日本, 2004年12月.
  • 岡野大和, 泰岡顕治, "構造Hハイドレートの自由エネルギー計算", 第17回計算力学講演会, 仙台, 日本, 2004年11月.
  • 岡野大和,泰岡顕治, "分子動力学シミュレーションによる構造Hハイドレートの自由エネルギー計算", 第25回日本熱物性シンポジウム, 長野, 日本, 2004年10月.
  • 岡野大和, 泰岡顕治, "分子動力学シミュレーションのための構造H ハイドレート結晶構造に関する研究", 第41回日本伝熱シンポジウム, 富山, 日本, 2004年05月.
  • 岡野大和,泰岡顕治, "メタンハイドレート分解過程の分子動力学シミュレーション:システムサイズ・温度依存性に関する研究", 第40回日本伝熱シンポジウム, 広島, 日本, 2003年05月.
  • 岡野大和, 泰岡顕治, "メタンハイドレート分解過程のMD シミュレーション", 第16回分子シミュレーション討論会, 新潟, 日本, 2002年12月.
  • 岡野大和, 泰岡顕治, "メタンハイドレート分解過程の分子動力学シミュレーション", 日本機械学会熱工学講演会, 沖縄, 日本, 2002年11月.
  • 宮崎慶,岡野大和,泰岡顕治, "メタンハイドレート分解・生成過程の分子動力学", 日本応用数理学会年会, 横浜, 日本, 2002年09月.
  • 宮崎慶,泰岡顕治, "メタンハイドレート分解・生成過程の分子動力学シミュレーション", 第39回日本伝熱シンポジウム, 札幌, 日本, 2002年06月.
  • 宮崎慶,泰岡顕治, "メタンハイドレート生成過程の分子動力学シミュレーション", 第15回分子シミュレーション討論会, 東京, 日本, 2001年12月.
  • 宮崎慶,泰岡顕治, "メタンハイドレートの分解・生成過程の分子動力学シミュレーション", 第14回分子シミュレーション討論会, 名古屋, 日本, 2001年01月.
  • 泰岡顕治, "メタンハイドレート分解過程の分子動力学シミュレーション", 第13回分子シミュレーション討論会, 京都, 日本, 1999年12月.

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