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電場誘起顕微ラマン分光装置の開発と太陽電池及び微生物燃料電池への応用

Research Project

Project/Area Number 18J20312
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionKwansei Gakuin University

Principal Investigator

戸田 尚吾  関西学院大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2019: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords顕微ラマン分光法 / 有機無機ハイブリッドペロブスカイト / 微結晶配向 / 偏光ラマン分光法 / イオン液体 / 外部電場効果 / ポッケルス効果 / 非線形ラマン分光法 / 顕微ラマン分光 / コヒーレントアンチストークスラマン散乱 / ラマンイメージング / 電場効果 / ラマン分光法 / 低振動領域 / 有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト / 格子振動 / 有機カチオン / 電場変調赤外分光法
Outline of Annual Research Achievements

太陽電池内部では有機無機ハイブリッドペロブスカイトは微結晶薄膜の状態で存在しており,薄膜を構成する微結晶の配向が電池の性能に関係することが知られている。したがって,実動作下で微結晶の配向を評価することが重要であるが,微結晶配向を大気条件下で簡便に可視化する手法は確立されていなかった。そこで,分子の配向を鋭敏に反映する偏光ラマン分光法に注目し,ペロブスカイト薄膜のラマンイメージング測定を行った。得られたイメージングデータに対して,バンド分割による解析を行うことで微結晶の相対的な配向を可視化することに成功した。さらに,配向情報が既知の単結晶から得られたスペクトルと比較することで,空間固定座標系における微結晶の絶対配向の可視化にも成功した。
イオン液体を電気化学分野で応用するうえで,外部電場に対するふるまいを理解することは必要不可欠であるが,未だ十分には解明されていない。そこで,自作の電場印加システムを駆使して電場印加時と非印加時のラマンスペクトルの差を検出し,差スペクトルからイオン液体への電場効果を調べた。その結果,電場印加によってスペクトル全体の強度が一様に変化していることを意味する差スペクトルが得られた。電場強度依存性や電極からの距離依存性の結果から,観測された一様の強度変化は電極界面のイオン液体の屈折率変化(ポッケルス効果)に起因していると予想した。さらに,分子液体のポッケルス効果を報告した先行研究と比較することで,電場が電極界面のイオン液体に影響を与える範囲が数十から数百ナノメートルのオーダーである可能性を示した。
コヒーレントアンチストークスラマン分光装置を構築し,標準試料の高速イメージングおよび,電場応答の測定に成功した。上述の電場効果に関する実験に比べて,一点あたりの測定速度は約15倍向上しており,測定に要する時間を大幅に短縮できる可能性も示した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] National Chiao Tung University(その他の国・地域)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Imperial Collage London(英国)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] National Chiao Tung University(台湾)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Imperial Collage London(英国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Observation of the Pockels Effect in Ionic Liquids and Insights into the Length Scale of Potential-Induced Ordering2021

    • Author(s)
      Shogo Toda, Ryan Clark, Tom Welton, Shinsuke Shigeto
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: - Issue: 17 Pages: 5193-5201

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.1c00130

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Inter- and Intragrain Inhomogeneity in 2D Perovskite Thin Films Revealed by Relative Grain Orientation Imaging Using Low-Frequency Polarized Raman Microspectroscopy2020

    • Author(s)
      Toda Shogo、Yanagita Naoya、Jokar Efat、Diau Eric Wei-Guang、Shigeto Shinsuke
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 11 Issue: 10 Pages: 3871-3876

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00992

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 顕微ラマン分光法で観るイオン液体の外部電場効果:イオン液体同士および分子液体との比較2020

    • Author(s)
      戸田尚吾,Ryan Clark, Tom Welton, 重藤真介
    • Organizer
      分子科学会オンライン討論会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of External Electric Field Effects on Ionic Liquids Using Raman Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Shogo Toda
    • Organizer
      The 8th International Congress on Ionic Liquids
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] External Electric Field Effects on an Ionic Liquid Observed with Fingerprint and Low-Frequency Raman Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Shogo Toda
    • Organizer
      The Seventh Taiwan International Symposium on Raman spectroscopy
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Probing Electric Field Effects on the Liquid Structure of an Ionic Liquid with Raman Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Shogo Toda
    • Organizer
      10th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 顕微ラマン分光で観る電場中のイオン液体の構造変化2019

    • Author(s)
      戸田 尚吾
    • Organizer
      第13回分子科学討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of External Electric Field Effects on Ionic Liquids by Using Raman Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Shogo Toda
    • Organizer
      The 8th Intetnational Congress on Ionic Liquids
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 2次元および3次元有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト中における有機カチオンの外部電場効果2018

    • Author(s)
      戸田尚吾
    • Organizer
      平成30年度日本分光学会年次講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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