| 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 / 電極界面構造 / 電気化学 / 金属電析 / マーカス理論 / 表面増強赤外吸収分光法 / 電極界面科学 / 表面増強赤外分光 / in situ観測 / 表面科学 / 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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| 研究成果の概要 |
本研究では、イオン液体中における電気化学反応における、溶媒再配置過程の寄与の理解を目的とした。金属電析反応について、温度、金属種、イオン液体構成カチオンなど条件を変えながら、反応進行下における電極界面の溶媒再配置過程の直接観測を行った。結果、いずれの条件でも、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気化学反応が始まることがわかった。この原因は、反応に伴う脱溶媒和で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より再配置が制限されることにあると考えられる。イオン液体中においては、マーカス理論で扱う溶媒再配置を、電極に対しても考慮する必要があることを示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
電子移動反応を取り扱う上で一番の基礎となる理論、マーカス理論について、イオン液体中の電気化学反応を取り扱うにあたっての適用方法を開拓することができた。一般的な電気化学が前提とする希薄電解質溶液とは異なる環境への適用方法を見出したことに大きな学術的意義がある。またこの結果は、イオン液体中の金属電析反応において、エネルギー効率低下の原因となる特有の過電圧の発生原因をも示唆している。様々な化学種のめっきに使えるイオン液体に対して、エネルギー効率向上に向けて有益な基礎情報が得られたことに、社会的意義がある。
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