Study on the structure of ionic liquid/electrode interfaces using quantum beam scattering techniques

量子ビーム散乱法によるイオン液体/電極界面の構造に関する研究

田村 和久   ; 阿久津 和宏*

Tamura, Kazuhisa; Akutsu, Kazuhiro*

イオン液体は常温で液体である塩であり、その多くが有機化合物で構成されている。構成する有機分子をデザインすることで、難燃性、不揮発性、高電気伝導率等の性質を付与できることから、イオン液体は、水や有機溶媒に代わる新たな電解質として期待されている。しかし、イオン液体/電極界面の振る舞いについては、技術的課題が多く、理解が進んでいない。そこで本研究では、表面X線散乱法を用いた測定により、イオン液体/電極界面の構造を調べた。電極をAu(111)単結晶電極として、Au(111)-(11)構造および表面垂直方向の構造を反映する表面回折および反射率強度を、電極電位を掃引しながら測定した。負側に掃引していくと、-1.5Vから負側で(11)構造に起因する回折強度は減少し、(11)構造が減少することが分かった。一方で反射率の強度には大きな変化がなかった。さらに(px)構造からの回折ピークが確認できなかったことから、-1.5Vより負側で、Au(111)表面は再構成するが、水溶液中でとる構造とは異なることがわかった。また、中性子反射率測定によりイオン液体が形成する電気二重層の構造解析も行った。

Ionic liquids (ILs) have large conductivity, a low vaper pressure, and wide electrochemical windows. Therefore, ILs are expected to be applied to batteries and fuel cells. However, the IL/electrode interface has not been fully understood. In this presentation, structures of electrode and electrical double layer were studied using in situ SXRD and NR. SXRD intensity originated from the surface (11) structure indicates that in the negative potential scan, surface (11) structure started to decrease and in the positive potential scan it started to increase at E = -1.5 V. The X-ray reflectivity intensity indicates that the surface Au atoms diffuse only in the surface. An additional SXRD measurement was carried out and it was found that no (px) reconstructed structure exist at E -1.5 V. These results suggest that in [BMP]TFSA, IL molecules adsorb on the electrode surface and they strongly govern the electrode surface structure.