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

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。

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。