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固液界面では電気二重層と呼ばれるイオン層が形成されている。本研究では、時分割X線回折および時分割赤外分光を用いて電気二重層内のイオン種の動的挙動を明らかにすることを目的とする。昨年度までは、時分割X線回折測定システムの構築と、電気二重層充放電におけるイオン種の過渡構造の構造解析に成功した。本年度は、電極反応中の電気二重層を明らかにするために、金属イオンの電析過程におけるイオン種の動的構造を観測した。
電極にはAu(111)、1 mM CuSO4溶液を用いて、Cuイオンの析出および溶解過程を時分割X線回折により追跡した。CuイオンはAu電極上にアンダーポテンシャル析出(upd)することが知られており、可逆的に吸着・脱離が起こる。硫酸イオンが脱離しCuが析出する過程では、硫酸イオンの脱離は10 ms程度で起こり、その後、Cuイオンがゆっくり析出しupd層が完成するまでに300 ms程度を要する。Cuイオンは数ms以内に電極界面に接近しており、脱水和するために時間を要することが分かった。一方、Cuが脱離し、硫酸イオンが吸着する過程では、5 ms程度でupd層と硫酸イオンの交換が起こっている。
X線回折実験では、Cuイオンと硫酸イオンを区別できないため、ステップスキャン赤外分光による時分割計測も行う計画であるが、試料調整に時間を要し、ようやく測定ができる段階となった。赤外分光の結果と合わせ学術論文に投稿する予定である。
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