オペランド電気化学 SPR 分光法の深化によるアルカリ金属析出の初期過程の探求

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電極表面でアルカリ金属がどのように析出するのか、そのメカニズムの解明は、高エネルギー密度化が期待される次世代金属二次電池の開発にとって極めて重要である。本研究では、金属析出に対して高い表面測定感度を有する、電気化学表面プラズモン共鳴分光法に着目し、そのオペランド測定により、アルカリ金属析出の未知機構の解明を目的としている。当該年度では、スペクトルの広帯域化・検出器の測定感度の向上・光路系の変更を主に実施した。スペクトルの広帯域化に関しては、リチウム以外のアルカリ金属の析出を調査する上で重要である。特にナトリウムやカリウムなどの元素は、近赤外域にプラズモン吸収スペクトルを有することがシミュレーションで確認できている。これまでの測定系では、近赤外付近において不要な光吸収が確認されており、現状の測定系をこれらの元素へ適用することは困難であると考えられた。そこで光ファイバーケーブルの仕様を広帯域の物に変更した。その結果、近赤外における不要な光吸収を除去することができ、ナトリウムおよびカリウム析出の観測に、より適した光学系を整えることが出来た。また測定器の感度向上に関しては、分光器を透過吸収測定用の機器へ変更することで、より高感度かつ低ノイズの分光スペクトルが得られるようになった。これにより、従来に比べて 2 倍以上の高い時間分解能で連続スペクトルの取得が行えるようになった。さらに光路系の変更では、分光プリズムの形状を新たにデザインし、表面皮膜形成など、従来の金属析出とは異なる表面現象を捉えられるように装置系を整えた。これらの装置系の工夫により、従来に比べてより高感度かつ広帯域のスペクトル測定をより高い時間分解能で実施することが可能となった。概して本年度以降の分光測定に向けての重要な進展が得られた。