可視光と量子ビームを利用したイオン液体中での電析反応の精密解析

使用可见光和量子束精确分析离子液体中的电沉积反应

基本信息

批准号：
21K05136
负责人：
田村和久
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Atomic Energy Agency
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

本研究は、電気化学測定と可視光・量子ビームを利用した測定手法を組み合わせてその場同時測定を行うことで、イオン液体中でのアンダーポテンシャル電析(UPD)反応を解析することを目的としている。具体的には、イオン液体として1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフオロボレート([BMIM]BF4)を、析出させる金属にBiとして、Au(111)単結晶電極上でUPD反応がどのように進むかを調べる。これまでに行った可視光反射率実験の結果を詳細に解析した結果、水溶液中では、UPDしたBI原子はAu(111)表面上でdisorder、primitive (2x2)、honeycomb (2x2)と構造変化すると共に段階的に還元反応が進むことを明らかにした。一方で、[BMIM]BF4中では、Bi1原子当たりの反応電子数がBiの価数より大きい過程が存在し、電析反応と平行して電解液中のイオン種の吸脱着が起きていることを示唆する解析結果を得た。BF4アニオンは金属イオンとの相互作用が小さく、[BMIM]BF4中では、Biイオンは溶媒和しておらず、溶質として使用したBiCl3として存在し、水溶液中とは異なる過程でUPD反応が進むと考えられ、還元反応において最初にCl原子がBiCl3から脱離し、脱離し生成した塩化物イオンがBiイオンの還元と並行して吸脱着していると考えた。また、[BMIM]BF4中でUPD反応が起こる原因を表面X線回折実験で調べた。[BMIM]BF4中ではAu(111)表面は(1x1)と(px√3)構造の間で相転移することがわかった。これは、BF4アニオンとAu原子との相互作用が小さく水溶液中の環境と似ていることを示しており、その結果、[BMIM]BF4中ではUPD反応が起きることを示唆している。

这项研究旨在通过将电化学测量与使用可见光和量子束的测量方法结合使用，分析离子液体中的内电势沉积（UPD）反应。具体而言，我们研究了UPD反应如何以1-丁基-3-甲基咪唑四磷灰岩（[[BMIM] bf4）作为离子液体的AU（111）单晶体电极进行，作为离子液体，而BI在金属上进行bi。详细分析了先前可见光反射率实验的结果，并揭示在水结构上，在结构上发生了变化，例如疾病，原始（2x2），蜂窝（2x2）和蜂窝（2x2）和蜂蜜（2x2），在Au（111）的表面（111）以及阶段的降低反应进展。另一方面，在[BMIM] BF4中，在某些过程中，每个BI1原子的反应电子数量大于BI的价值，分析结果表明电解质中离子物种的吸附和解吸与电解质反应并行发生。 BF4阴离子与金属离子几乎没有相互作用，在[BMIM] BF4中，BI离子未溶剂化，而是以BICL3作为溶质而存在，并且认为UPD反应在与水溶液中不同的过程中进展。据认为，在还原反应中，首先从BICL3解吸的Cl原子以及通过解吸形成的氯离子被吸附并与BI离子还原并行解吸。此外，通过表面X射线衍射实验研究了[BMIM] BF4中UPD反应的原因。 [BMIM]在BF4中，发现AU（111）表面在（1x1）和（PX√3）结构之间具有相变。这表明BF4阴离子和AU原子之间的相互作用很小，与水溶液中的环境相似，这表明UPD反应发生在[BMIM] BF4中。