2020 Fiscal Year Annual Research Report
グライム系室温アルミニウム電析：錯体構造制御による高度化
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19H02490
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
北田 敦 京都大学, 工学研究科, 助教 (30636254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
邑瀬 邦明 京都大学, 工学研究科, 教授 (30283633)
深見 一弘 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60452322)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電析 / グライム / アルミニウム / イオン液体 / 濃厚電解質溶液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
塩化アルミニウム－ジグライム溶液について濃厚電解液を作製し、濃厚化が中性アルミニウム化学種を消失させること、平滑電析が可能になること、平滑化によって電析物の耐食性とナノインデンテーション硬度が向上することの３点を明らかにした。塩化アルミニウム－ジグライム溶液に塩化鉄(II)を添加し合金電析を試みたが、バルク電解では鉄の還元が支配的となった。しかし、光沢のある鉄単体の平滑緻密膜を得ることができた。塩化アルミニウム－ジグライム溶液に多層カーボンナノチューブを分散させることに成功し、複合アルミめっきによる硬度向上に成功した。
上記のアルミニウム電析以外に以下の研究を行った。①グライム系濃厚溶液の研究をリチウム系に拡張した。グライム系では初のリチウムイオンホッピングの発現と、リチウムイオン輸率の向上を確認した。②鎖状ポリエーテルであるグライムに関連する環状ポリエーテルであるクラウンエーテルを用いて、プロトン性溶媒和イオン液体の合成と物性解明を行った。ヒドロニウム溶媒和イオン液体について、クラウンエーテルを用いた場合はプロトン高速伝導が発現するのに対し、グライムではそれが消失することがわかった。親水疎水領域の明瞭な区別がつく環状リガンドが高速プロトン伝導の発現に重要であるとわかった。世界で初めて合成したアンモニウム溶媒和イオン液体が、150°Cで10 mS/cmの高い導電率を示した。③錯体化学種の同定と電析挙動の解明を、濃厚水溶液に拡張した。６価クロムフリーの結晶性クロム電析浴に成功した。濃厚亜鉛水溶液を用いることで、亜鉛アコイオンが活性種であるにもかかわらず基底面配向した金属亜鉛が得られることを明らかにした。④水系濃厚電解質溶液を用いるアノード酸化を開拓し、金属アルミニウムの黒色ポーラス化に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画では、溶媒の最適化（電解液の最適化）、合金電析、添加剤電析の３つを柱に掲げた。平滑電析と電析物の特性向上のための最適化は、塩化アルミニウム－ジグライム系の濃厚電解液を作製することによって達成された。合金電析について鉄との合金化を試みたがこちらは失敗に終わった。しかし、光沢のある鉄単体の平滑緻密膜を得ることができた。添加剤電析については、多層カーボンナノチューブの添加によるめっき硬度向上に成功した。以上のように、基本テーマについてひととおり検討し、予期していた電析アルミニウム特性の向上と予期しない平滑鉄めっきの実現に至った。
上記で得られた知見のうち、特に「溶質の濃厚化によって電析物の平滑化が可能になる」という知見は、湿式電析の研究にとって極めて有意義なものであったので、同様の手法を他の系にも積極的に展開した。その結果、いくつかの興味深い事象を見出すことができた。①グライム系では初のリチウムイオンホッピングの発現と、リチウムイオン輸率の向上を確認した。②プロトン性溶媒和イオン液体におけるプロトン伝導の理解が進んだ。ハロゲン化物系濃厚水溶液の、環境対応めっき液としての適性を見出すことに成功した。加えて、新しいアノード酸化用電解液を開拓し、金属アルミニウムの黒色ポーラス化に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最適化した電解液を用いて、難めっき材であるマグネシウム合金への室温アルミニウムめっきにチャレンジする。合金電析は鉄以外の添加元素について試みる。その他濃厚電解液についての研究を推進し、グライム系アルミニウム電析との挙動の相違を検証することで濃厚系からの湿式電析について統一的理解を目指す。
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