安定に応答可能な薄膜イオン液体電気二重層とはどのようなものか

什么是能够稳定响应的薄膜离子液体双电层？

• 批准号: 22H02049
• 负责人: 福井 賢一
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02049/
• 关键词: 電気二重層; 界面Operando観測; イオン液体薄膜; 電極電位依存性; 電位応答

本研究の目的は，表面科学的解析に適した数100μm程度まで拡がる厚さ数 nmのイオン液体薄膜と同薄膜内の物質量を調整するバッファや３極系制御で溶液電位を規定できるバルクイオン液体が接続されたイオン液体電解液の微小液滴を用いて，特定の厚み（幅）のイオン液体の電極電位に応じた組成，各イオンの配向・電子状態・構造化をOperando計測し，各電極上で理想に近い電気二重層が容易に形成される厚みと組成について明らかにすることである。本研究の初年度として，研究代表者，研究協力者８名の計９名からなる研究組織で，申請者らが開発してきた電気化学界面のOperando解析手法（電気化学光電子分光(EC-XPS)、電気化学周波数変調原子間力顕微鏡(EC-FM-AFM）、電気化学遠紫外全反射吸収分光(EC-ATR-FUV))）を利用して特に以下の項目に関する研究を実施した。①イオン液体液滴周辺にできる薄膜領域での金属イオンの溶媒和状態と拡散過程の解析②イオン液体薄膜/薄膜有機半導体からなる誘起電界トランジスタの界面におけるキャリア輸送特性と電気二重層形成の相関解析①については，界面選択的な分光法を用いて，Li+イオンおよびAg+イオンに配位するアニオンの数を正確に決定する方法論を見出し，原著論文として発表した。②については，イオン液体を構成するカチオンおよびアニオンに応じて，界面電気二重層がどのように形成されるかを分子動力学計算により解析し，その結果を国際会議で発表して議論した。また，実験的にも界面選択的分光によりその依存性を明らかにする結果を得て，論文化を進めている。

这项研究的目的是获得厚度为数百微米、适合表面科学分析的表面。使用与缓冲剂连接的离子液体电解质微滴，调节薄膜中物质的量，以及使用三电极系统控制调节溶液电位的大块离子液体，特定的厚度（成分、取向的操作测量）根据离子液体的电极电位（宽度）的各离子的电子状态和结构揭示了在各电极上容易形成接近理想的双电层的厚度和组成。在这项研究的第一年，一个由主要研究者和8名研究合作者在内的总共9人组成的研究机构将使用该研究所开发的电化学界面的Operando分析方法（电化学光电子能谱（EC-XPS））。特别是，我们使用电化学调频原子力显微镜（EC-FM-AFM）和电化学远紫外全反射吸收光谱（EC-ATR-FUV）进行了以下项目的研究。 ① 离子液体液滴周围形成的薄膜区域金属离子的溶剂化状态和扩散过程分析 ② 离子液体薄膜构成的感应电场晶体管界面载流子输运特性与双电层形成的相关分析薄膜/薄膜有机半导体 对于①，我们发现了一种利用界面选择光谱法准确测定与Li+和Ag+离子配位的阴离子数量的方法，并将其作为原创论文发表。关于②，我们利用分子动力学计算来分析界面双电层是如何根据构成离子液体的阳离子和阴离子而形成的，并在国际会议上展示和讨论了结果。此外，我们通过界面选择性光谱实验获得了澄清这种依赖性的结果，并将其发表在论文中。

项目成果

Solvation properties of silver ions in ionic liquids using attenuated total reflectance ultraviolet spectroscopy

使用衰减全反射紫外光谱法研究离子液体中银离子的溶剂化特性

• DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119998
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Molecular Liquids
• 影响因子: 6
• 作者: Imai Masaya;Tanabe Ichiro;Ozaki Yukihiro;Fukui K.
• 通讯作者: Fukui K.

Local structures and dynamics of interfacial imidazolium-based ionic liquid depending on the electrode potential using electrochemical attenuated total reflectance ultraviolet spectroscopy

使用电化学衰减全反射紫外光谱法研究取决于电极电位的界面咪唑基离子液体的局部结构和动力学

• DOI: 10.1016/j.saa.2022.121040
• 发表时间: 2022
• 期刊: Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy
• 作者: Imai Masaya;Tanabe Ichiro;Sato Taiki;Fukui Ken-ichi
• 通讯作者: Fukui Ken-ichi

Houston大学(米国)

休斯顿大学（美国）

Elucidation of molecular-scale behavior of electric double layer for functional interfaces

阐明功能界面双电层的分子尺度行为

• DOI: 10.11470/oubutsu.91.1_15
• 发表时间: 2022
• 期刊: Oyo Buturi
• 作者: 赤木洋二，芝原透也，内村友宏，中村重之，荒木秀明;茂田井 大輝，小林 芽衣，大橋 亮太，渡邉 奏汰，細川 陽子，神保和夫，赤木 洋二，荒木 秀明;福井賢一;小林芽衣，大橋亮太，茂田井大輝，赤木洋二，荒木秀明;中嶋崇喜，田中大地，九鬼伸成，中 慶祐，山口利幸，荒木秀明，神保和夫，笹野順司，伊﨑昌伸;福井賢一
• 通讯作者: 福井賢一

Carrier Trapping Dynamics for the Electric Double-Layer Organic Field Effect Transistor using Ionic Liquid Electrolyte Studied by Operando Interfacial Analyses

通过操作界面分析研究使用离子液体电解质的电双层有机场效应晶体管的载流子捕获动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Daijiro Okaue;Ichiro Tanabe;Sakurako Ono;Kota Sakamoto;Taiki Sato;Akihito Imanishi;Yoshitada Morikawa;Jun Takeya;Ken-ichi Fukui
• 通讯作者: Ken-ichi Fukui