| 研究課題/領域番号 |
21K04992
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 |
本林 健太 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60609600)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | イオン液体 / 金属電析 / 電極界面科学 / 表面増強赤外分光 / マーカス理論 / 電気化学 / in situ観測 / 表面科学 / 表面増強赤外吸収分光法 / CO2還元 / 分光電気化学 / 電極界面 / 電析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二次電池等の環境問題に資する電気化学プロセスは、大電圧に耐えられ、かつ安全性の高い電解液を必要としている。この要求を満たす新しい電解液として、イオンのみからなる液体である「イオン液体」に注目が集まっている。この材料は一方、中性分子を含まないため従来の水溶液や有機溶媒電解液とは大きく性質が異なり、従来の電気化学の考え方をそのまま適用できない。
そこで本研究課題では、電極との界面における分子・イオンの振舞いを分光学的に解明し、「電気化学反応に必要な電圧」と「ミクロな分子の振舞い」とを結びつける基礎理論である「マーカス理論」を、イオン液体に適用できるよう拡張することを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、表面増強赤外分光法を用いて、イオン液体中における種々の金属電析の反応メカニズムに対し、溶媒再配置ダイナミクスの寄与の検証を進めた。具体的には、温度、金属種、イオン液体構成イオンを変えた場合の、電極界面における溶媒再配置過程の直接観測を行った。
昨年までのCo電析、CO2還元反応に関する研究により、電極に対する溶媒再配置が始まる電位で、金属イオンに対する溶媒再配置および電気化学反応が始まることがわかってきた。これは、反応に伴う脱溶媒和により生じる過剰な溶媒アニオンが、界面近傍の電荷秩序構造に再配置が制限され、これが許されるようになるのが、電極に対する溶媒イオンの再配置が始まる電位である、ということで説明できる。
この反応メカニズムの一般性について検証するため、金属電析反応に着目し、温度を室温から100℃まで変化させた場合、金属イオンをCoからSnやZnに変化させた場合、イオン液体カチオンを変化させた場合、のそれぞれについて、電析反応進行下における電極界面近傍のイオン液体溶媒和構造の直接観測を行った。その結果、いずれの場合にも電極に対する溶媒再配置が始まる電位で、金属イオンに対する溶媒再配置および電析反応が開始することがわかった。いずれの実験でも、電極近傍・反応種まわりの溶媒イオンの再配置が、相互に関係しながら反応メカニズムに絡むという、我々の提唱するイオン液体中におけるマーカス理論の拡張の基本的なアイデアを支持する結果が得られたと言える。
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