2016 Fiscal Year Research-status Report
量子ビームを利用したイオン液体が作る電気二重層の振る舞いの解明
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15K05402
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
田村 和久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10360405)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 電気化学 / 表面界面 / 量子ビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、電気化学測定および量子ビーム（放射光・中性子）を利用した測定を組み合わせることで、これよりもより精密にイオン液体/電極界面で形成される電気二重層の構造を決定することを目的とする。具体的には、イオン液体に1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドを([BMIM]TFSA)、電極にはシリコン(100)単結晶電極を用いた。イオン液体は、実験前に真空中80℃にて24時間脱水して使用した。中性子実験では、重水素化したイオン液体を使用した。実験は、電気化学測定として電気化学インピーダンススペクトロスコピー(EIS)測定を、放射光測定では、X線反射率測定を、中性子測定では、中性子反射率測定を行った。いずれの測定でも、イオン液体が電気化学的に分解されない電位（電位窓）の範囲で行った。
EIS測定では、イオン液体/電極界面に、表面吸着種、拡散層、バルク層から構成される電気二重層および多層の吸着層とバルク層からなる2種類の電気二重層が存在し、電気二重層は極めてゆっくりと2つの構造の間を可逆に変化していることが分かった。一方、X線反射率測定では、電極電位を正側に掃引すると、ゆっくりと連続的に反射率強度が変化し、折り返して電極電位を正側に掃引すると、ほぼ強度変化しないことがわかった。また中性子反射率測定でも同様に不可逆な構造変化していることが分かった。
これらの結果は、シリコン(100)電極上に[BMIM]TFSA中が形成する電気二重層は、表面に極めて近いところでは、表面電荷量の変化に従って可逆な構造変化をするが、一方表面から離れたところでは、表面電荷量とは関係なく不可逆な構造変化することを示していると考えている。
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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
ほぼ当初の計画通りに測定を行っている。
前年度は施設の都合により中性子反射率測定を行うことができなかったが、本年度から実験を開始した。中性子反射率測定用の電気化学セルについても、大きく改良を進めることができ、順調に実験が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までで、予定していた電気化学測定および量子ビーム反射率測定全てが揃えることができた。これまで、主として1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドを用いて実験を行っていたが、今後は、予定通りカチオンが異なる、-ブチル-1-メチルピロリジニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドや、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミドについて実験を取り組んでいく予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度については、ほぼ予定通りに使用したが、前年度、中性子実験や予定していた国際学会に参加できなったため、未使用分が継続して生じている。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度予定している中性子実験および参加予定の国際会議の費用に使用する予定である。
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