振動準位変調によるプロトン伝導特性制御

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14596
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分32020:機能物性化学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 福島 知宏 北海道大学, 理学研究院, 講師 (50801560)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 振動強結合 / 水和 / イオン伝導 / 電気化学

研究成果の概要

共振場に分子を配置することにより、量子光学相互作用である強結合状態が形成する。特に暗条件においても真空場が介在することにより、化学反応ダイナミクスが変調することが提案されている。本研究においては、振動強結合下における水和ダイナミクスの制御に基づくイオン伝導度制御を主眼として研究を行った。共振器中に水を導入し、赤外分光計測を行ったところ、ポラリトン状態に由来するスペクトルが観測され、結合強度が0.1を凌駕する超強結合状態であることを明らかとした。さらにはプロトン伝導や水和ネットワークのダイナミクスが誘起される状態においてイオン伝導度が特に向上することを見出し、イオン伝導制御を見出した。

自由記述の分野

物理化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

従来のイオン伝導体の設計においては物質組成の制御などと言った合成化学的アプローチに根ざしている。しかしながら本研究で提案する振動強結合を利用した手法においては、共振器の厚さを変調しポラリトン状態を制御することによって、動的にイオンの水和状態さらには伝導度が制御可能であることを見出した。また電極触媒に関しても制御可能であることを見出しており、イオン伝導制御のみならず、電気化学特性制御に広く活用可能な系であると考えている。また共振器構造体は制御が難しいが、赤外領域に光学モードを有する系を利用することで物性制御が可能であることを見出しており、再現良く利用できるシステムの構築も行っている。