イオン液体中の電気化学反応に伴う溶媒再配置プロセスの解明

阐明与离子液体中电化学反应相关的溶剂重排过程

基本信息

批准号：
21K04992
负责人：
本林健太
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04992/
关键词：
イオン液体分光電気化学マーカス理論電極界面電析

项目摘要

本年度は、表面増強分光法に関する基礎的な技術改良を行うとともに、高温における界面観測を通じたイオン液体の溶媒再配置ダイナミクスの理解を進めた。表面近傍における赤外線吸収を増強する効果を示し、かつ構造全体が電気的に接続されて電極として利用可能な、「周期ナノ構造電極」について、電子線リソグラフィー技術を用いて作製することに成功した。実際に10倍程度の信号増強を確認でき、作製した構造の大半が電気化学に有効であることも確認できた。従来型のランダムなナノ構造に比べて、定量性・再現性の良い表面増強効果の実現につながる、重要な成果と言える。波数依存性の小さい吸収増強原理を用いているため、当初目的であるTHz帯の高感度表面分光観測についても、実現が期待できる。また並行して、高温における溶媒イオンの再配置ダイナミクスの追跡を行った。表面増強赤外吸収分光法を用いて、温度・電極電位制御下におけるイオン液体／電極界面の構造観測を行った結果、電極近傍における溶媒イオンの再配置に伴う活性化障壁が、高温で低下することを示唆する結果が得られた。また、電気化学測定により、高温において金属電析反応の活性化障壁が低下することを示すデータも得られた。電極近傍・反応種まわりの溶媒イオンの再配置が、相互に密接な関係にあるという、我々の提唱するイオン液体中におけるマーカス理論の拡張の基本的なアイデアについて、理解が深まり、理論の補強ができたと言える。

今年，我们改进了表面增强光谱的基础技术，并通过高温界面的观察加深了对离子液体溶剂重排动力学的理解。利用电子束光刻技术，我们成功制备了一种“周期性纳米结构电极”，它具有增强表面附近红外吸收的效果，并且可以通过电连接整个结构来用作电极。事实上，我们能够确认信号增强了约 10 倍，并且我们还确认了大多数制造的结构对于电化学是有效的。这是一个重要的结果，它可以实现比传统随机纳米结构更好的定量性和再现性的表面增强效果。由于它采用波数依赖性小的吸收增强原理，有望实现太赫兹波段高灵敏度表面光谱观测的最初目标。与此同时，我们还跟踪了高温下溶剂离子的重排动力学。利用表面增强红外吸收光谱观察温度和电极电位控制下离子液体/电极界面的结构，我们发现与电极附近溶剂离子重排相关的活化势垒在高温下降低。是这样的。此外，电化学测量表明金属电沉积反应的活化势垒在高温下降低。我们加深了对在离子液体中扩展马库斯理论的基本思想的理解，我们提出，电极附近和活性物种周围的溶剂离子的重排彼此密切相关，并且该理论已被我可以说它已经完成了。