2023 Fiscal Year Annual Research Report
安定に応答可能な薄膜イオン液体電気二重層とはどのようなものか
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22H02049
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
福井 賢一 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (60262143)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 電気二重層 / 界面Operando観測 / イオン液体電解液薄膜 / 電極電位依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，表面科学的解析に適した数100μm程度拡がる厚さ数 nmのイオン液体薄膜と同薄膜内の物質量を調整するバッファや３極制御で溶液電位を規定できるバルクイオン液体が接続されたイオン液体電解液の微小液滴を用いて，特定の厚み（幅）のイオン液体の電極電位に応じた組成，各イオンの配向・電子状態・構造化をOperando計測し，各電極上で理想に近い電気二重層が容易に形成される厚みと組成について明らかにすることを目的とし，イオン液体を用いた電気二重層キャパシタや電気二重層電界効果トランジスタの効率的駆動や溶質金属イオンの空間分布，溶媒和状態，拡散過程の解析までを含む，総合的提案である。今年度は，申請者らが開発してきた電気化学界面のその場解析手法（電気化学光電子分光(EC-XPS)、電気化学周波数変調原子間力顕微鏡(EC-FM-AFM）、電気化学遠紫外全反射吸収分光(EC-ATR-FUV))）を利用して主に以下の項目に関する研究を実施した。
① EC-XPSおよびおよびEC-FM-AFMを用いた，イオン液体薄膜の厚みと電極電位に応じた電気二重層の解析
② 分子動力学(MD)計算によるイオン液体薄膜の膜厚と電極電位に応じた各イオン空間分布解析と界面解析結果の評価
③ イオン液体電解液液滴のElectrospreadingを応用した，制御されたその場混合法の開拓
現在までの進捗状況に明記するとおり，これらの項目について一定以上の成果がみられ，目的達成に向けた最終年度の研究展開は十分可能であると考える。
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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
上述の主な研究項目①～③について，進行状況は以下のとおりである。
①については，これまで解析実績のあったAu(111)基板上より実際の電極として用いられるグラファイト電極上でも，適切なイオン液体を選択することでイオン液体液滴周辺に数100μm程度拡がる厚さ数 nmのイオン液体薄膜が生じることをEC-FM-AFM測定で明らかにし，EC-XPSによる電位依存界面解析も進め，目的の解析の実験基盤をつくることができた。
②については，連続的に厚み変化のある薄膜のモデル化は解決すべき問題はあるものの，方向性は見出すことができた。
③については，液滴への電位印加によってイオン液体電解液周辺の薄膜領域がどのように伸張するかについて系統的な解析データを得られる方法論が確立された。
以上の成果により，目的達成に向けた最終年度の研究展開は十分可能であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究結果・実施状況をもとに，最終年度である本年度は，研究代表者，研究協力者８名の計９名からなる研究組織で，申請者らが開発してきた電気化学界面のOperando解析手法（電気化学光電子分光(EC-XPS)、電気化学周波数変調原子間力顕微鏡(EC-FM-AFM）、電気化学遠紫外全反射吸収分光(EC-ATR-FUV))）を利用して特に以下の項目に関する研究を実施する。
①イオン液体液滴周辺にできる薄膜領域での金属イオンの溶媒和状態と拡散過程の解析
②イオン液体薄膜/薄膜有機半導体からなる誘起電界トランジスタの界面におけるキャリア輸送特性と電気二重層形成の相関解析
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