2016 Fiscal Year Annual Research Report
電気二重層の実験的シミュレーションによる界面水の構造とダイナミクス
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15H03763
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
中村 将志 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70348811)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠藤 理 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30343156)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気二重層 / 水和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電極界面に形成される電気二重層内の水分子の構造を明らかにする手法の１つの超高真空中でのシミュレーション実験がある。しかし、実際の電極界面とは温度や圧力が異なるため本来の構造を反映しているか疑問である。そこで、本年度は、実際の電極界面での条件に近づけるため、準大気圧下での実験を試みた。ターボ分子ポンプと真空チャンバー間にゲートバルブを設置し、数Torrの水蒸気をチャンバー内に導入できるようにした。液体窒素温度から試料温度を上昇させていき、Pt表面に水が吸着できるように水蒸気圧を上昇させていくと、230 K程度でも水の吸着が確認できた。赤外分光測定したところ、液体界面に類似のスペクトルが観測されており、液体層の存在が示唆される。
また、真空中での結果を比較するために、電気化学条件下での赤外分光およびX線回折測定を実施しており、電極反応中の実構造の観測および電気二重層内のイオン種による水和構造の変化などを追跡している。これまで、アルカリ金属イオンを用いた電気二重層構造の研究は多く、セシウムイオンなど重いイオンはX線回折でも測定されている。しかし、軽い元素は難しいため、アルキルアンモニウムイオンを用いて振動分光による測定を試みた。アルキルアンモニウムイオンは表面に吸着することなく、界面近傍に存在しており、電極電位によりスペクトルが変化することがわかった。今後、真空中でもアルキルアンモニウムの水和構造を明らかにする予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
超高真空および準大気圧下でのシミュレーション測定が可能となり、準大気圧下では、液体層の構造を確認でき、当初の計画通りの成果が出始めている。平成28年度に実施予定であった、X線分光測定は、放射光施設のビームタイムなどの問題で実施していないが、平成29年度に実施予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り超高真空および準大気圧下で電解質イオンを含めた電気二重層を形成し、赤外分光およびX線分光を用いて表面近傍の水和水構造を明らかにしていく。さらに、電極界面のin-situ測定結果と比較し、シミュレーション実験の妥当性を評価する。
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Research Products
(6 results)
