| 研究課題/領域番号 |
15K06517
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| 研究機関 | 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 |
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研究代表者 |
木村 正雄 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (00373746)
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| 研究分担者 |
丹羽 尉博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 技師 (00743709)
君島 堅一 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (20396534)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 放射光 / その場観察 / 電気化学プロセス / X-CT / XAFS / 腐食 / 金属 |
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| 研究実績の概要 |
溶解・析出を伴う金属/水溶液界面反応における「反応トリガー」を可視化することを目的として、A. 金属/水溶液界面の形状を三次元で可視化、B.界面近傍に存在する化学種の分布を二次元で可視化、C.電気化学反応を例題として反応トリガーの可視化、の三点から研究に取り組んでいる。平成27年度は、項目A.について以下の三点を実施した。
A-1. X線CTによる反応静止状態での金属/水溶液界面観察：電気分解により数100μmの凹凸をつけた金属と水溶液の界面にX線を透過させ、その三次元形状の変化をX線CT装置（H26FY中に別予算で整備予定）で観察する技術を確立した。
A-2. 電気化学的ポテンシャルを印加可能な反応セルの開発：金属/水溶液の界面にX線を透過可能な条件下で、溶液の種類や金属の電気化学ポテンシャルを変えることのできる反応セルの開発を行った。
A-3. 強制腐食反応による界面形状変化観察：項目A-2で製作した反応セルを用いて、強制腐食反応による界面形状変化を観察に着手した。鉄金属箔を用いて電気化学ポテンシャルを低pHかつ卑な(高い)電位に保つことにより、金属元素の溶解が進行する過程を観察した。電位および水溶液中のハロゲン化物イオン濃度を変化させることによる反応条件の差異の観察を開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
申請時の計画に沿って研究が進捗している。手製の反応セルでの実験を先行して進めることにより研究遂行ができたため、平成２７年度に購入予定であった電気化学反応セルの購入は平成２８年度以降とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２８年度以降は、項目B.およびC.について下記の通り取り組む。
B-1. 透過X線によるXAFS分光法による界面近傍の化学種観察：項目A.で明らかになった強制腐食反応が進行する条件下で、数10μmに集光した放射光マイクロビームを溶液部分に照射し、X線吸収分光(X-ray Absorption Fine Structures)により溶液中の化学種の状態を観察する手法を確立する。
具体的には、組成の異なるステンレス鋼を試料とし、ハロゲン化物イオン（Cl-,Br-）を含む低pHの水溶液との界面での反応を観察する。ステンレス鋼中の金属元素（Ni,Cr）やハロゲン化物イオン等の化学種の界面近傍の濃度勾配や配位構造を明らかにする。
B-2. 界面近傍の化学種の二次元マッピング：金属より溶け出した金属イオンや電位勾配下バルク溶液から拡散してきたイオンにより、界面近傍には様々な化学種が濃化していると考えられる（特に、凹部の溶液だまりで反応が著しい部分）。その濃度勾配やバルクと異なる化学種を項目B－1で開発した手法により、界面方向およびそれと垂直方向の二次元マッピングを行う。
C.電気化学反応を例題として反応トリガーの可視化：溶解・析出を伴う金属/水溶液界面反応における「反応トリガー」の反応機構の解明に取り組む。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
手製の反応セルでの実験を先行して進めることにより、装置導入の詳細仕様を決定した上で電気化学反応セル装置の購入を平成２７年度に計画していた。しかし手製の反応セルでの実験により、導入装置に付加すべき新機能（仕様）を新たに着想し、それを含めた装置の導入が本研究の目的遂行上必要であることが判明した。そこでその仕様決定作業のための実験を優先し、具体的な導入を成２８年度以降としたため予算残が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
溶液中の化学種の分布を明らかにする電気化学反応セルの導入を成２８年度以降に行う。
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