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2021 Fiscal Year Annual Research Report

ダイナミックな電気化学界面の凍結抽出によるスナップショット解析

Research Project

Project/Area Number 19H02695
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

横田 泰之  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (00455370)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords電気二重層 / 光電子分光 / 走査トンネル顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

蓄電池等の更なる性能向上のため溶液/電極界面の原子スケール解析が強く望まれているが、液体の存在によって実験手法が著しく限られている。現在、界面をその場で測定するin situ手法の開発が進んでいる一方で、我々は界面に形成される厚さ1 nmの電気二重層を保持したまま電極を液体から引上げて超高真空中に導入する技術の開発に成功している。本研究では、化学種識別が可能な光電子分光と真の原子スケール解析が可能な走査トンネル顕微鏡を用いて電気二重層のスナップショット測定(ex situ測定)を行い、in situ測定では取得できない電極上のイオン・溶媒・反応中間体分布を解析し、従来の理想化された電気二重層モデルでは捉えられない現実電極系の新しい物理化学を創成する。
我々は、レドックス活性種が溶液中で感じる静電ポテンシャルを真空中においても保持できることを初年度に見出しており、昨年度はその詳細な解析と理論的考察を行った。今年度は、これまでのモデル電極を用いて得られた知見を基に、リチウムイオン電池の複雑な電気二重層界面の研究を展開し、光電子分光と走査トンネル顕微鏡を駆使した複合解析の有用性を示すことに成功した。
また、引上げ電極上に単原子層レベルで吸着した電解質イオンの原子分解能観察にも成功し、これがin situ計測の結果と全く遜色ないものであることを初めて実証することに成功した。この結果は、スナップショット測定が一般性を有することを示しており、今後の更なる発展が期待される。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Stepping beyond cyclic voltammetry: Obtaining the electronic and structural properties of electrified solid-liquid interfaces2022

    • Author(s)
      Wong Raymond A., Yokota Yasuyuki, Kim Yousoo
    • Journal Title

      Current Opinion in Electrochemistry

      Volume: 34 Pages: 100964~100964

    • DOI

      10.1016/j.coelec.2022.100964

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Graphite Electrodes Immersed in Nonaqueous Li+ Electrolytes Studied with a Combined Ultrahigh Vacuum-Electrochemistry Approach2021

    • Author(s)
      Wong Raymond A., Yokota Yasuyuki, Kazuma Emiko, Oniki Motoyuki, Kim Yousoo
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 125 Pages: 21093~21100

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.1c03645

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Monatomic Iodine Dielectric Layer for Multimodal Optical Spectroscopy of Dye Molecules on Metal Surfaces2021

    • Author(s)
      Yokota Yasuyuki, Wong Raymond A., Hong Misun, Hayazawa Norihiko, Kim Yousoo
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 143 Pages: 15205~15214

    • DOI

      10.1021/jacs.1c06303

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Operando atomic force microscopy study of electric double-layer transistors based on ionic liquid/rubrene single crystal interfaces2021

    • Author(s)
      Morino Yusuke, Yokota Yasuyuki, Bando Ken-ichi, Hara Hisaya, Imanishi Akihito, Takeya Jun, Fukui Ken-ichi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 118 Pages: 243301~243301

    • DOI

      10.1063/5.0053848

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular Scale Assessments of Electrochemical Interfaces: In Situ and Ex Situ Approaches2021

    • Author(s)
      Yokota Yasuyuki, Kim Yousoo
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 50 Pages: 297~304

    • DOI

      10.1246/cl.200735

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 複雑な電気化学界面の微視的理解に向けたIn situ及びEx situ計測技術2022

    • Author(s)
      横田泰之
    • Organizer
      NanospecFY2021mini
    • Invited
  • [Presentation] 電気化学界面の微視的理解に向けた電気化学探針増強ラマン分光法及び周辺技術の開発2022

    • Author(s)
      横田泰之
    • Organizer
      第69回応用物理学関係連合講演会
    • Invited
  • [Presentation] Stepping beyond Cyclic Voltammetry: Obtaining the Electronic Properties of Electrified Solid-Liquid Interfaces2022

    • Author(s)
      Raymond A. Wong, Yasuyuki Yokota, Mitsuru Wakisaka, Junji Inukai, Yousoo Kim
    • Organizer
      241st ECS Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electronic Structure Analysis of Redox-Active Electrochemical Interfaces Using Ex Situ Photoelectron Spectroscopy2022

    • Author(s)
      Yasuyuki Yokota, Raymond A. Wong, Mitsuru Wakisaka, Junji Inukai, Yousoo Kim
    • Organizer
      The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chemical and Morphological Changes of Graphite Electrodes at Low Cathodic Potentials and its Relevance to Li-Ion Batteries2022

    • Author(s)
      Raymond A. Wong, Yasuyuki Yokota, Emiko Kazuma, Motoyuki Oniki, Yousoo Kim
    • Organizer
      241st ECS Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 引上げ電極の光電子分光測定による電気化学界面の電子状態解析2022

    • Author(s)
      横田泰之, Raymond A. Wong, 脇坂暢, 犬飼潤治, 金有洙
    • Organizer
      第69回応用物理学関係連合講演会
  • [Presentation] Redox-Active Self-Assembled Monolayers as a Spectroscopic Molecular Probe in the Study of Electrified Solid-Liquid Interfaces2021

    • Author(s)
      Raymond A. Wong, Yasuyuki Yokota, Yousoo Kim
    • Organizer
      The Electrochemical Societry (ECS) Canada Section 2021 Fall Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrochemically-Induced Electronic and Structural Properties of the Electrode-Monolayer-Electrolyte Interface2021

    • Author(s)
      Raymond A. Wong, Yasuyuki Yokota, Mitsuru Wakisaka, Junji Inukai, Yousoo Kim
    • Organizer
      International Symposium on Surface Science (ISSS-9)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気化学-超高真空複合システムを用いたレドックス活性な電気化学界面の電子状態解析2021

    • Author(s)
      横田泰之, Raymond A. Wong, 脇坂暢, 犬飼潤治, 金有洙
    • Organizer
      第15回分子科学討論会2021
  • [Presentation] Ex situ計測によるレドックス活性な電気化学界面の電子状態解析2021

    • Author(s)
      横田泰之, Raymond A. Wong, 脇坂暢, 犬飼潤治, 金有洙
    • Organizer
      表面界面スペクトロスコピー2021

URL: 

Published: 2022-12-28  

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