2023 Fiscal Year Annual Research Report
Spectroscopic study on dynamical structures of electrode/electrolyte interfaces using surface-enhanced electronic and vibrational Raman scattering
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21H01882
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
池田 勝佳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50321899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本林 健太 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60609600)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 動的構造 / テラヘルツ / 電気二重層 / 電気化学反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「電極側の界面電子情報」、「電解質側の界面化学種情報」、「帯電粒子間の相互作用を伴う二重層の動的構造」を全て同時にin-situ測定し、界面の構造とダイナミクスを明らかにすることを目指した。
本年度は、イミダゾール系イオン液体電解質の電極界面での振る舞いについて、電気化学二重層の充放電領域、カチオンの還元分解領域、電極の酸化反応領域に分け、幅広い電位についてin situ測定を行った。ゼロ電荷電位より正側から負側への電位掃引では、電極表面にアニオンが吸着してカチオンが電極面から遠くにいる状態から、カチオンが吸着アニオンとイオンペアを形成し、更にアニオン脱離と共にカチオンと入れ替わる様子、カチオン還元により生じたカルベンが電極面に吸着し、更にカルベンのダイマー化が進行する様子が詳細に観察された。正側への電位掃引では基本的に可逆に変化する様子が捕らえられたが、吸着種の関与する過程では吸脱着の電位差によるヒステリシス応答が観察された。これらの界面状態変化の中で、特にイオンペア形成の電依存性は、本研究手法の特徴であるテラヘルツ領域の界面観察で初めて明らかになった現象である。またこれらの化学変化に伴う電子ラマン強度変化が、電気化学計測で得られた電流－電位曲線で観られるピークをよく説明できることが確認された。界面の化学的変化（振動ラマン）と帯電状態変化（電子ラマン）を同時取得できる、本手法で初めて可能になった測定法が、電極表面で起こっている現象を分子レベルで理解する上で極めて有効であることが実証された。更に、イオン液体に微量の水が含まれた場合についても同様の実験を行い、電極近傍のイオン種の振る舞いが微量の水分子の存在によって大きな影響を受ける様子を捕らえることに成功した。
以上のように、本研究の目的を達成する成果を得た。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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