2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of the electrical double layer structure formed in ionic liquids using quantum beam scattering techniques
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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 / 量子ビーム / 電気二重層 / 構造解析 |
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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、従来よりも精密に、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。本年度は、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([BMIM]TFSA)/Si(100)界面で形成される電気二重層の構造を中性子反射率測定により、前年度までより詳細に調べた。また、X線反射率測定により、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([EMIM]TFSA)および1-ヘキシル-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([HMIM]TFSA)を用いて、電気二重層の構造と分子構造との関係について検討した。
実験で用いたイオン液体は、実験前に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。電極にはSi(100)単結晶電極を用いた。X線反射率実験はSPring-8 BL14B1で、中性子反射率実験は、J-PARC MLF BL17で行った。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。
中性子反射率実験では、これまでよりも測定をする電極電位を増やして、電気二重層の振る舞いをより詳しく調べた。実験結果の詳しい解析は現在進行中であるが、実験結果から、電気二重層は、電極の表面電荷がゼロになる電位（ゼロ電荷電位）より負側では、カチオンが電極最表面に吸着し、正側では、アニオンが電極最表面に吸着していると考えられた。また電極電位が、ゼロ電荷電位付近では、電気二重層内のイオン液体分子の配列構造は、層構造からランダム構造に転移することがわかった。また、層構造内のイオン液体分子は、電極電位に依存して配向を変えることもわかった。
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