研究課題
蓄電池等の更なる性能向上のため溶液/電極界面の原子スケール解析が強く望まれているが、液体の存在によって実験手法が著しく限られている。現在、界面をその場で測定するin situ手法の開発が進んでいる一方で、我々は界面に形成される厚さ1 nmの電気二重層を保持したまま電極を液体から引上げて超高真空中に導入する技術の開発に成功している。本研究では、真の原子スケール解析が可能な超高真空極低温走査トンネル顕微鏡を用いて凍結電気二重層のスナップショット測定(ex situ測定)を行い、in situ測定では取得できない電極上のイオン・溶媒・反応中間体分布を解析し、従来の理想化された電気二重層モデルでは捉えられない現実電極系の新しい物理化学を創成する。初年度は、提案書の計画表に基づき、一般的な水溶液に限定して電気二重層が保持される条件の探索を行った。電解質溶液の陰イオンを変えた実験を系統的に行った結果、これまでの過塩素酸イオンに加えて、ヘキサフルオロリン酸イオン及びビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミドにおいても、電気二重層が保持されることを見出した。電気化学測定と光電子分光測定の結果から、陰イオンのサイズによって電気化学反応が部分的に阻害される条件も見出し、これによってレドックス活性種が感じる局所的な静電ポテンシャルを見積もることに成功した。また、上記の探索実験と並行して、電気化学セルからLT-STM装置に試料搬送するシステムを構築し、グラファイト電極及び金電極で実際にLT-STM測定を行うことに成功した。
2: おおむね順調に進展している
初年度の目標は、電気二重層保持条件の探索と試料搬送システムの構築であったが、ほぼ当初の計画書通り研究を進めることができた。
上で述べたように、これまでの実験は当初の計画通りに進展しており、来年度の研究計画を変更する必要は無い。
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Phys. Chem. Chem. Phys.
巻: 22 ページ: 6131-6135
10.1039/D0CP00149J
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