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。

去年，我们利用AlCl3水溶液研究了铝离子在高取向热解石墨（HOPG）上的吸附特性，研究了存在或不存在电场时铝离子在电极界面的分布情况，获得了基础知识。今年，我们使用 1-乙基-3-甲基咪唑氯化物 (EmImCl) 和 AlCl3 离子液体研究了 HOPG 电极附近的离子分布。将液滴放置在干燥室中的 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力曲线 (FC) 测量。 FC测量得到的数据是悬臂尖端受到的排斥力的值，对于这种离子液体，可以认为是EmIm+和Al2Cl7-之间的排斥力。在测量中，我们将探针无法再到达的悬臂部分设置为最终目的地，并研究当悬臂的推力从那里放松时力的变化。结果，我们找到了三个步骤。该步长为 0.3 至 0.5 nm，可能对应于 EmIm+ 和 Al2Cl7- 的离子尺寸。离子液体中电极界面附近的离子分布中，阴离子和阳离子交替排列，带相反电荷的离子逐渐向本体混合到阴离子或阳离子层中，这被认为是三个步骤。图中是在混合层中测量的。