2022 Fiscal Year Annual Research Report
Unusual diffusion behavior of metal ion in nanoconfined ionic liquid solution
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18K19056
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
今西 哲士 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (60304036)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | ディンプル / キャパシタンス / FT-IR / 圧縮 / イオン液体 / ホッピング / ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年までの研究において、表面に周期的なナノディンプル構造を持つAu電極を用いてキャパシタンスを測定したところ、特定のディンプルサイズおよび特定の電位において、大きなキャパシタンスが発現することを突き止めていた。この理由として、特徴的な局所構造を形成している可能性が挙げていた。そこで、本年度、大きなキャパシタンスを持つ電位および条件において、ナノディンプル電極のディンプル内にけるイオン液体分子の挙動を、電気化学ATR-FTIR法を用いて調べたところ、イオン液体の溶媒和層が圧縮している様子が観察された。続けてこのイオン液体圧縮の状態における金属イオン拡散の挙動を観察したところ、非圧縮の状態と大きく異なり、ホッピング拡散挙動が促進されている様子が観察され、我々の拡散モデルによって説明可能であることが分かった。
これまでの研究全体を通して、ナノポーラスおよびナノディンプル空間内におけるイオン液体の局所構造およびその中を通過する金属イオンの拡散挙動を調べてきた。その結果、ナノ空間特有の局所構造とその中の拡散挙動（拡散係数、拡散方式）に強い相関があることが明らかになった。さらに、それぞれの電極に電位を印可することによって、ナノ空間内のイオン液体局所構造を変化させたところ、それに対応して通過する金属イオンの拡散挙動も大きく変化することが分かった。こうした発見は、イオン液体構造と溶質拡散挙動の相関を予測した我々のオリジナルホッピング拡散モデルを支持するだけでなく、電位印可によって、ナノ構造化電極近傍の拡散挙動を制御できることを示しており、溶質拡散の新しい制御法を提供するものである。こうした結果により、当初想定した萌芽的研究の目的は達成したものと考え、今後は本研究分野を発展させるべく、研究を進めていく予定である。
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