| 研究課題/領域番号 |
21H01882
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
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| キーワード | 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 / 動的構造 / テラヘルツ / 電気二重層 / 電気化学反応 / 界面分光 / 電気化学界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電極／電解質の接する電気化学界面に形成される電気2重層は、電池等においてエネルギー変換の行われる「反応場」である。電気２重層の微視的構造は、界面電子移動に大きな影響を与えるが、イオン間あるいは電極表面との物理化学的相互作用により、その動的挙動は複雑である。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測定することで、界面の構造とダイナミクスを明らかにする。特に、イオン間の相互作用や電極との相互作用に伴う短距離秩序形成が電極反応に与える影響を調べ、次世代電池開発に資する界面現象の知見蓄積を目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、表面増強電子ラマン散乱とテラヘルツ振動領域を含む表面増強振動ラマン散乱を同時に計測・解析する独自開発の分光計測法を用いて、各種電解液／電極界面の微視的構造とその電位変化の解明を試みた。振動ラマン散乱から、電極表面へのアニオンの吸脱着やカチオンとのイオンペア形成、水素結合欠陥生成などの情報が得られ、電子ラマン散乱からこれらに連動した電極表面電荷密度の変化が観察された。また、イオン液体に微量の水が含まれる場合の影響も捉えることが出来た。エネルギー変換効率に影響を与える電極界面の微視的構造とダイナミクスについて、分子レベルの詳細な情報を明らかにする優れた手法であることが実証された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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