2023 Fiscal Year Final Research Report

Spectroscopic study on dynamical structures of electrode/electrolyte interfaces using surface-enhanced electronic and vibrational Raman scattering

Research Project

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Project/Area Number	21H01882
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	Ikeda Katsuyoshi 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50321899)
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) 浦長瀬正幸名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (00512766)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	テラヘルツ振動 / イオン液体 / 水素結合 / 界面計測 / その場観察
Outline of Final Research Achievements	In this project, surface enhanced electronic and vibrational Raman scattering (SERS) spectroscopy has been applied to study structures and dynamics of ionic liquids and aqueous electrolyte solutions on a metal electrode surface. For vibrational SERS, the detectable frequency range was extended into the terahertz region so that anion-cation interactions and hydrogen bond vibrations were measured. We successfully observed adsorption and desorption of anions, creation and breaking of anion-cation pairs, and hydrogen bond breaking under potential application in the vibrational spectra. We were also able to measure the changes of surface charge induced by interfacial structure changes in the electronic spectra. These results clearly shows that simultaneous observation of vibrational and electronic information at electrochemical interfaces is quite useful to understand electrochemical processes at the molecular level.
Free Research Field	表面電気化学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	電極／電解質界面は、電気エネルギーと化学エネルギーの変換において電子を授受する場である。したがって、印加電位に対して電極近傍の電解質イオンや溶媒分子の挙動を分子レベルで理解することは、エネルギー変換デバイスを設計する上で不可欠である。溶媒としての水は水素結合による特異な性質を示す。また、次世代電解液として期待されるイオン液体は、中性溶媒分子を含まないため、界面近傍のイオン分布（界面構造）やそのダイナミクスが従来とは大きく異なると考えられている。本研究の成果は、水系電解液とイオン液体電解液のそれぞれが界面近傍で示す挙動を理解する上で、極めて有効な分光手法を提示するものである。