ダイナミックな電気化学界面の凍結抽出によるスナップショット解析

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02695
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分32020:機能物性化学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 横田 泰之 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (00455370)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 電気二重層 / 電気化学界面 / 光電子分光 / 走査トンネル顕微鏡

研究成果の概要

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、化学種識別が可能な光電子分光と原子スケール解析が可能な走査トンネル顕微鏡を用いて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様々なイベントを追跡することに成功した。

自由記述の分野

表面電気化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

2050年のカーボンニュートラル実現に向けて蓄電池等の電気化学デバイスの開発が急務となっており、デバイス性能を決定する電気二重層の詳細を原子スケールで評価できる手法の開発が望まれている。もし、ある瞬間の電気二重層の原子配置を保持して取り出すことができれば、電極表面上のイオンや溶媒分子の分布を把握できるだけでなく、電気化学反応前後の化学種を個別に捉えることまで可能になる。本研究では、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物理化学を展開し、次世代の電気化学デバイス設計に資する知見を得ることに成功した。