2022 Fiscal Year Research-status Report
可視光と量子ビームを利用したイオン液体中での電析反応の精密解析
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21K05136
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
田村 和久 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10360405)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 表面構造解析 / 電析反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、電気化学測定と可視光・量子ビームを利用した測定手法を組み合わせてその場同時測定を行うことで、イオン液体中でのアンダーポテンシャル電析(UPD)反応を解析することを目的としている。具体的には、イオン液体として1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフオロボレート([BMIM]BF4)を、析出させる金属にBiとして、Au(111)単結晶電極上でUPD反応がどのように進むかを調べる。
これまでに行った可視光反射率実験の結果を詳細に解析した結果、水溶液中では、UPDしたBI原子はAu(111)表面上でdisorder、primitive (2x2)、honeycomb (2x2)と構造変化すると共に段階的に還元反応が進むことを明らかにした。一方で、[BMIM]BF4中では、Bi1原子当たりの反応電子数がBiの価数より大きい過程が存在し、電析反応と平行して電解液中のイオン種の吸脱着が起きていることを示唆する解析結果を得た。BF4アニオンは金属イオンとの相互作用が小さく、[BMIM]BF4中では、Biイオンは溶媒和しておらず、溶質として使用したBiCl3として存在し、水溶液中とは異なる過程でUPD反応が進むと考えられ、還元反応において最初にCl原子がBiCl3から脱離し、脱離し生成した塩化物イオンがBiイオンの還元と並行して吸脱着していると考えた。また、[BMIM]BF4中でUPD反応が起こる原因を表面X線回折実験で調べた。[BMIM]BF4中ではAu(111)表面は(1x1)と(px√3)構造の間で相転移することがわかった。これは、BF4アニオンとAu原子との相互作用が小さく水溶液中の環境と似ていることを示しており、その結果、[BMIM]BF4中ではUPD反応が起きることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画通りに、これまでに行った可視光反射率実験で取得したデータの詳細な解析と表面X線回折実験を並行して進めており、さらに詳細を調べるためのX線回折実験に必要な準備を進めていることから、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定通り、表面X線散乱測定を進めると共に、中性子反射率測定を行い、Bi電析反応の各段階における、Bi原子層で被覆されたAu(111)表面の構造を三次元的に精密に解析していく。
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| Causes of Carryover |
令和４年度に予定していた外国出張を取りやめたことにより、出張に係る費用が次年度使用額として生じた。次年度使用額は令和５年度分研究費と合わせて、実験に必要な物品及びイオン液体の購入費として使用する。
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