周波数変調型原子間力顕微鏡を用いたアルミニウムイオン還元時の界面構造解析

使用调频原子力显微镜分析铝离子还原过程中的界面结构

基本信息

批准号：
21K04734
负责人：
上田幹人
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度は電場の有無によるアルミニウムイオンの電極界面における分布を調べるため、AlCl3水溶液を用いて高配向性熱分解グラファイト（HOPG）上のアルミニウムイオンの吸着特性を調べ、基礎的な知見を得た。今年度は、1エチル-3メチルイミダゾリウムクロライド(EmImCl)とAlCl3のイオン液体を用いてHOPG電極付近のイオンの分布を調べた。ドライルームにおいてHOPG上に滴下し、原子間力顕微鏡(AFM)カンチレバーを液滴の中に入るように設定し、コンタクトモードでフォースカーブ(FC)測定を行った。FC測定で得られるデータは、カンチレバーのチップ先端が受ける反力の値であり、このイオン液体の場合は、EmIm+とAl2Cl7-の斥力と考えられる。測定では、カンチレバーの探針がそれ以上到達できない部分を、最終到達点として、そこからカンチレバーの押していた力を緩和する際の力の変化について調べた。その結果3つの段差を見出すことができた。この段差は0.3から;0.5nmであり、おそらくEmIm+とAl2Cl7-のイオンサイズに対応しているものと考えられる。イオン液体における電極界面近傍のイオンの分布では、アニオンとカチオンが交互に整列し、バルクに向かってアニオンまたはカチオンの層の中に反対の電荷を持つイオンが少しずつ混入すると言われており、今回の3つの段差は、その混合した層を測定したことが考えられる。

在上一年，为了根据电场的存在或不存在电极界面研究铝离子的分布，使用水溶液ALCL3溶液研究了铝离子对高方向的热解石墨（HOPG）的吸附特性，并获得了基础知识。今年，我们使用1个乙基-3甲基咪唑烷（EMIMCL）和ALCL3的离子液体研究了HOPG电极附近离子的分布。将混合物滴入干燥室中的HOPG上，将原子力显微镜（AFM）悬臂设置为进入液滴，并在接触模式下进行了力曲线（FC）测量。从FC测量中获得的数据是悬臂尖端接收到的反应力的值，在这种离子液体的情况下，它被认为是EMIM+和AL2CL7-的排斥力。在测量值中，无法进一步到达的悬臂部分被用作最终目的地，并且检查了从悬臂推动的位置放松的力的变化。结果，我们能够找到三个步骤。此步骤为0.3至0.5 nm，可能对应于EMIM+和AL2CL7-的离子大小。在离子液体中电极界面附近离子的分布中，据说对阴离子和阳离子进行了交替对齐，并且带有相反电荷的离子逐渐将其朝向大体的阴离子或阳离子层混合到阴离子或阳离子层中，并且认为该过程的三个步骤是为混合层测量的。