2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of potential-dependent hysteresis behavior of electric double layer structure at electrolyte/electrode interface
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19K05539
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岩橋 崇 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (30402423)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 電気化学界面 / 電位応答ヒステリシス / 過電圧 / 活性化エネルギー / 吸着エネルギー / 活性化障壁 / 非線形振動分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電解液/電極界面は電気化学反応場として機能する根源的なナノ領域であり、当該界面に形成される電気二重層（EDL）は系の電気化学特性を支配する。これまでEDL構造は古典的なEDLモデルに基づいて検討されてきたが、近年既存モデルで説明できないEDL構造の電位応答ヒステリシスが確認された。ゆえに、EDL構造の電位応答の精確な理解には当該ヒステリシス挙動の要因究明による新規理論モデル構築が求められる。本研究は主に赤外-可視和周波発生振動分光（SFG）を活用してイオン吸着・脱離に要する過電圧を実験的に検証することで、ヒステリシス要因の解明を目指す。
2021年度は2020年度までに確立したSFGとEDLモデル解析を併用したイオン吸着・脱離過電圧の定量測定技術を用い、ヒステリシス挙動が顕著なイオン液体/電極界面の電位応答ヒステリシスにおけるアニオン・カチオン脱離過電圧の検討を実施した。まず、カチオンがイミダゾリウム系の場合はヒステリシス挙動が主にアニオン脱離の過電圧、すなわち活性化エネルギーに起因することを見出した。また、二種類のイオン液体を混合した二成分イオン液体/電極界面におけるイオン共吸着状態をSFGにて検討し、アニオン脱離の顕著な活性化エネルギーがアニオンの吸着エネルギーではなく、アニオン脱離の活性化障壁に起因することを明らかとした。さらに、二成分イオン液体と単成分イオン液体とでEDL構造の電位応答ヒステリシスを比較することで、アニオン脱離の活性化障壁はアニオン吸着種ではなくバルク、あるいは拡散層のイオン組成に強く依存することが示唆された。上記結果から、イオン液体/電極界面の顕著なヒステリシス要因は当該界面特有のイオン積層構造の組換に要する活性化エネルギーである可能性が示された。現在上記結果をまとめた学術論文、並びにレビュー記事を作成している。
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