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2020 年度 実績報告書

積分方程式/第一原理計算結合理論を用いた電極界面現象の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K05307
研究機関甲南大学

研究代表者

山本 雅博  甲南大学, 理工学部, 教授 (60182648)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード電極界面 / 電位 / 積分方程式 / 微分キャパシタンス
研究実績の概要

電極表面での微分キャパシタンスの理論は,特異吸着のない場合はGouy-Chapman-Stern(GCS)理論でほぼ定性的に説明されるが,いわゆるゼロ電荷点で最小値をとったあと増加に転じ一定の値になることがGCS理論では示されている。しかし,単結晶表面と特異吸着がないと考えられている電解質を使った実験では,微分キャパシタンスは一定ではなく,pzcから電位差の絶対値が増えるにつれて減少することがフランスのグループによって報告されている。この減少を説明する理論はこれまでになく,本研究の目的とした。
第一原理計算(quantum-espressoコード)を金属電極(本研究では簡単のためアルミニウム)に,電極表面上の電解質溶液(NaCl 溶液)に統計力学のRISM理論(Reference Interaction Site Model)を用いて,電極表面上の微分キャパシタンスを理論的にもとめた。理論は大谷,西原が作成した計算コードを用いた。電極表面に電荷を置き,その電荷を遮蔽するように対イオンと共イオンの分布が変化するので電極と沖合の溶液の間に電位差が発生する。表面電荷密度を電位で微分して微分キャパシタンスを,電解質溶液の濃度を変えて計算した。計算の一部では,微分キャパシタンスが実験結果と同じように電位のpzcからのずれに伴い増加して減少する傾向が得られた。ただし,グローバルな傾向および定量的には完全な一致は得られなかった。 今後は,銀の単結晶面,フッ化ナトリウムや過塩素酸ナトリウム等の電解質溶液で同様な計算を行い実験結果と比較する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The use of the reference electrode equiped with an ionic liquid salt bridge in electro- chemistry of ionic liquids: A convenient way to align the formal potentials of redox reactions in ionic liquids based on the standard hydrogen electrode scale2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kakiuchi, S. Domae, T. Miyadi, K. Kibi, Masahiro Yamamoto
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 126 ページ: 107021

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2021.107021

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single ion activity coefficients of chloride ions in aqueous sodium chloride and magnesium chloride estimated potentiometrically based on ionic liquid salt bridge at 298 K2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kakiuchi, M. Hisazumi, Y. Moriyama, Masahiro Yamamoto
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 124 ページ: 106953

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2021.106953

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Li欠陥を有するLi1.75SにおけるLiの移動機構と活性化障壁の第一原理計算2021

    • 著者名/発表者名
      橋本 貴史, 山本 雅博
    • 学会等名
      電気化学会
  • [学会発表] RISM 積分方程式と第一原理計算を結合したモデルによる微分キャパシタンスの計算2020

    • 著者名/発表者名
      橋本貴史, 鳥居 司, 友塚裕太,山本雅博
    • 学会等名
      第66回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会プログラム
  • [学会発表] 点欠陥を有する Li2S 結晶の安定構造の第一原理計算:Li 移動過程の考察2020

    • 著者名/発表者名
      橋本貴史, 山本雅博
    • 学会等名
      第66回ポーラログラフィーおよび電気分析化学討論会プログラム
  • [備考] 甲南大理工学部機能分子化学科表面・界面物理化学研究室

    • URL

      http://www.chem.konan-u.ac.jp/PCSI/

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公開日: 2021-12-27  

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