Electrochemically driven specific alkaline metal cation adsorption on a graphene interface

グラフェン界面での電気化学駆動によるアルカリ金属カチオンの特異吸着

保田 諭   ; 田村 和久   ; 加藤 優*; 朝岡 秀人  ; 八木 一三*

Yasuda, Satoshi; Tamura, Kazuhisa; Kato, Masaru*; Asaoka, Hidehito; Yagi, Ichizo*

電解質溶液中におけるグラフェン-カチオン界面の電気化学挙動に関する知見は、グラフェンをベースにした電気化学デバイスの開発やカーボン材料とカチオンとの基礎的電気化学界面を理解するうえで重要である。本研究では、電気化学表面X線回折法と電気化学ラマン散乱分光法といった電気化学分光技術を用い、グラフェン-カチオン界面における基礎的な電気化学的挙動に関する知見を得ることを行った。その結果、ある特定の電位において、カチオンがグラフェン表面に脱水和・水和反応に伴う吸脱着が起きることが明らかとなった。これらの結果は、カーボンをベースにした新しい応用材料の開発や、グラフェン-カチオン界面における基礎的電気化学挙動を理解するうえで重要な知見となった。

Understanding electrochemical behavior of the alkaline metal cation-graphene interface in electrolyte is essential for understanding the fundamental electrochemical interface and development of graphene-based technologies. We report comprehensive analysis of the electrochemical behavior of both alkaline metal cations and graphene using electrochemical surface X-ray diffraction (EC-SXRD) and Raman (EC-Raman) spectroscopic techniques in which the interfacial structure of cations and the charging state and mechanical strain of the graphene can be elucidated. EC-SXRD and cyclic voltammetry demonstrated electrochemically driven specific adsorption and desorption of cations on the graphene surface involved in the dehydration and hydration process. This study provides new insight for understanding fundamental electrochemical behavior of the alkaline metal cation-graphene interface and contributes to the development of carbon-based novel applications.