2014 Fiscal Year Annual Research Report

電極｜イオン液体界面挙動の解明及び希土類金属の高純度電解回収への応用

Research Project

Project/Area Number	14J11425
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	倉知明史東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY)	2014-04-25 – 2017-03-31
Keywords	イオン液体 / 希土類 / その場赤外分光法 / 電気化学 / 電解析出 / 界面現象
Outline of Annual Research Achievements	最初に、本研究で使用しているイオン液体の構成成分であるP2225+とTFSA-の理論赤外スペクトルについて、GAUSSIAN 09を用いてそれぞれ単独のイオンとして計算を開始した。計算に時間を要するため、現在までP2225+とtrans-TFSA-の計算が終了し、cis-TFSA-は計算中である。また、バルクのP2225TFSA、LiTFSA塩、P2225Br水溶液の赤外透過吸収スペクトルを測定し、これらの情報と既報文献に基づきP2225TFSAの赤外スペクトルにおける吸収ピークを帰属した。次に、金電極｜イオン液体界面の表面増強赤外分光測定を開始した。まず最初に主に水溶液系で使用される測定セルを用いて測定を始めた。電位をより負に分極させると、開回路電位付近における赤外スペクトルと比較して、カチオン由来のピーク強度が増加し、アニオン由来のピーク強度が減少した。一方、電位をより正に分極させるとカチオン由来のピーク強度は減少し、アニオン由来のピーク強度が増加した。これらの結果は既に報告されている通り、電極電位に依存して表面でのイオン液体構成成分の組成が変化している事を示している。しかしながら、分極が大きい場合の電流-時間曲線を観察すると、電流の減衰時間が非常に長く、赤外スペクトルの測定は電流の緩和時間内において測定されており、定常に達していない事が判明した。そのため、電極面積を1/5程度に小さくした測定セルを作製し、IRドロップの減少や電位ステップ時の電流減衰時間の減少が確認できた。電極面積を更に小さくして表面増強赤外分光スペクトルを取得したが、感度が著しく低く、測定には適さない事が判明した。従って、電極面積には最適なサイズがある事が確認された。以上の通り、採用1年度目では測定セルの構成、及び測定セルが有する問題点の解決に努めてきた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今年度は、イオン液体中での「その場」表面増強赤外分光スペクトル取得のために、分光電気化学セルの設計および作製を行った。赤外分光の測定感度を上げるためには、電極面積が大きいほう望ましいが、イオン液体に特有の大きな溶液抵抗のため、面積の大きな電極ではIRドロップが生じやすく、電極面積の最適化が必要であった。一方で、水分や溶存酸素等の微量不純物による妨害を受けやすく、これを解決するために測定セル構成の検討や、測定前処理の検討に多くの時間を要した。このため、当初の年次計画では金属電析が赤外スペクトルに与える影響も観測する予定であったが、その計画通りに研究を進展させることはできなかった。しかしながら、上述のような測定に影響を及ぼす因子は、今後の測定の信頼性や再現性にも関係する重要な検討課題であるので、その影響を評価できた点で、ある程度の進展があったと言える。
Strategy for Future Research Activity	前述の通り年次計画に対して研究の遂行が遅れており、種々のイオン液体のその場赤外分光測定及び、電析が起こる系でのその場赤外分光測定を中心に行う。昨年次の研究により測定の条件、即ち電極面積の大きさや溶液の乾燥、電極の前処理法等に関して決定できたため、今後の研究の進行度は昨年次よりも向上が期待できる。