1,3,5-Triphenylbenzene ו Corannulene כמו אלקטרונים קולטנים ליתיום Solvated פתרונות אלקטרונים
Summary
The authors report on conductivity studies carried out on lithium solvated electron solutions (LiSES) prepared using 1,3,5-triphenylbenzene (TPB) and corannulene as electron receptors.
Abstract
המחברים מדווחים על מחקרים מוליכים שבוצעו על פתרונות אלקטרוני solvated ליתיום (LiSES) המוכנים באמצעות שני סוגים של פחמימנים polyaromatic (PAH), כלומר 1,3,5-triphenylbenzene ו corannulene, כמו קולטנים אלקטרונים. PAHs המוצק היו מומס ראשון tetrahydrofuran (THF) כדי ליצור פתרון. ליתיום מתכתי אז פורק לפתרונות PAH / THF אלה להניב כחול או פתרונות כחולים ירקרקים, צבעים המעידים על הנוכחות של אלקטרוני solvated. מדידות מוליכות בטמפרטורת הסביבה ביצע על LiSES מבוססי 1,3,5-triphenylbenzene, כונה על ידי Li x TPB (THF) 24.7 (x = 1, 2, 3, 4), נרשמה עלייה של מוליכות עם עליה של Li: יחס PAH מ x = 1 עד 2. עם זאת, מוליכות ירד בהדרגה על הגדלת היחס נוסף. ואכן המוליכות של Li x TPB (THF) 24.7 עבור x = 4 הוא אפילו נמוך יותר עבור x </em> = 1. התנהגות כזו היא דומה לזו של LiSES שדווח בעבר שהוכן biphenyl וכן נפטלין. מוליכות לעומת מדידות טמפרטורה על LiSES מבוסס corannulene, כונו על ידי Li x קור (THF) 247 (x = 1, 2, 3, 4, 5), היה יחסי אנוש ליניארי עם מדרונות שליליים, מה שמעיד על התנהגות מתכתית דומה biphenyl ו naphthalene- LiSES מבוסס.
Introduction
פתרונות אלקטרוני solvated ליתיום (LiSES) מוכנים באמצעות פחמימנים polyaromatic שתי טבעת פשוטה (PAH) כגון biphenyl וכן נפטלין יכולים להיות מנוצלים כמכילי אנודות נוזל בתאי ליתיום refuelable 1-7. בשנות ה LiSES, מולקולות PAH הפשוטות הבאות שימש קולטנים אלקטרונים עבור אלקטרונים solvated מן ליתיום מתכתי מומס.
התקדמות ממערכות שתי אלה טבעת, המחברים ומאז בצעו מחקרי מדידה מוליך על LiSES הערוכים באמצעות PAHs מורכבת יותר, החל עם קבוצת cyclopenta-2,4-dienone נגזר 8. PAHs אלה כוללים PAHs גדול (> שתי טבעות בנזן) ו PAHs עם מתמירים שולבו טבעות ארומטיות שלהם. מולקולת PAH גדולה עם יותר משתי טבעות צפויות להכיל אטומי ליתיום יותר לכל מולקולת PAH מאשר כל אחד biphenyl או נפתלין ובכך וכתוצאה מכך LiSES עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. מטרת introducing מתמירים לתוך PAHs היא להפוך את PAH לקבל אלקטרונים בקלות רבה יותר ולהיות יציבה יותר כמו polyanions ב LiSES.
כחלק ממאמצים המתמשכים לפתח LiSES עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, מאמר זה ידווח על האפיון של LiSES שהוכן corannulene שנעשה על ידי הליך הספרות 9 וכן 1,3,5-triphenylbenzene, TPB מסונתז על ידי ספרות שונה במקצת 10 . 1,3,5-triphenylbenzene, כפי שמוצג באיור 1 (1), ניתן לסווג כנגזרת biphenyl עם שתי טבעות פניל נוספים במיקומים 3 ו -5 של אותה טבעת. מאז מולקולה זו יש ארבע טבעות בנזן, זה צריך ספיגת 4 אטומים של Li לכל מולקולה, וזה יותר ממה עבור biphenyl (מקסימום 2.5 ושווי שומה של Li לכל PAH ב 0.5 M פתרון) וכן נפטלין (<2.5 ושווי שומה של ליתיום לכל מולקולה) .
Corannulene הוא טבעת חמש-PAH המסודרים בצורת קערה כפי שמוצג באיור 1 (2). Zabula et al. 11 הדגימו את ההיתכנות של המסת ליתיום מתכתי בתמיסה של corannulene / tetrahydrofuran (THF) כדי ליצור פתרון עם חמישה יוני Li + דחוקים בין שתי tetraanions היציבה של corannulene.
איור 1: מבנה מולקולרי של 1,3,5-triphenylbenzene (1) ו corannulene (2) 1,3,5-triphenylbenzene מסווג כנגזרת biphenyl עם שתי טבעות פניל נוספים במיקומים 3 ו -5 של הטבעת אותה. . Corannulene הוא PAH חמש-טבעת עם טבעות בנזן החמש שלו מסודרות לצורת קערה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
לפיכך, הוא 1,3,5-triphenylbenzene ו corannulene הם מועמדים פוטנציאליים עבור אנרגיה גבוההLiSES צפיפות.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבור LiSES 1,3,5 המבוסס-triphenylbenzene, מדגם עם צבע בהיר מראה כי יש לו ריכוז נמוך של אלקטרוני solvated. Li x TPB (THF) 24.7 (עבור x = 1, 2, 3, 4) מדגים התנהגות במוליכות שלה מול x דומה לזו שנצפתה עבור LiSES עשוי biphenyl וכן נפטלין 1, 2 .There הוא גידול ראשוני במוליכות עם עלייה של Li: יחס PAH מ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים במימון משרד סינגפור של קרן המחקר החינוך Tier 2 (פרויקט MOE2013-T2-2-002) עבור פרויקט זה.
Materials
| Biphenyl Reagentplus, 99.5% | Sigma Aldrich | B34656-1KG | |
| Tetrahydrofuran Anhydrous, 99.9%, Inhibi | Sigma Aldrich | 401757-100ML | |
| Iodine, Anhydrous, Beads, -10 Mesh, 99.999% trace metals basis | Sigma Aldrich | 451045-25G | |
| Lithium iodide, anhydrous, 99.95% (metals basis) | Alfa Aesar | 40666 | |
| Lithium Ion Conducting Glass ceramics (Diameter 1" x 150 mm) | Ohara | LICGC(AG01) | |
| Lithium Foil | Alfa Aesar | 010769.14 | |
| Methanol anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 322415-100ML | |
| CompactStat : Electrochemical Analyser with Impedance | Ivium Technologies | Not Applicable | |
| Cond 3310 Conductivity Meter | WTW | Not Applicable | |
| Digital Multimeter, Model Fluke 179 | Fluke Corporation | Not Applicable | |
| 1,3,5-triphenylbenzene | Synthesized from acetpohenone according to procedure described in literature | ||
| Silicon tetrachloride | Sigma Aldrich | 215120-100G | |
| acetophenone | TCI | A0061-500g | |
| Ethanol | Merck Millipore | 1.00983.2511 |
References
- Tan, K. S., Yazami, R. Physical-Chemical and Electrochemical Studies of the Lithium Naphthalenide Anolyte. Electrochim Acta. 180, 629-635 (2015).
- Tan, K. S., Grimsdale, A. C., Yazami, R. Synthesis and Characterisation of Biphenyl-Based Lithium Solvated Electrons Solutions. J Phys Chem B. 116, 9056-9060 (2012).
- Rinaldi, A., Tan, K. S., Wijaya, O., Wang, Y., Yazami, R., Menictas, C., Skyllas-Kazacos, M., Lim, T. M., Hughes, S. Ch. 11. Advances in batteries for large- and medium-scale energy storage applications in power systems and electric vehicles. , (2014).
- Wang, Y., Tan, K. S., Yazami, R. . Materials Challenges In Alternative & Renewable Energy (MCARE 2014). , (2014).
- Yazami, R., Tan, K. S. . in 8th annual Li Battery Power. , (2012).
- Yazami, R. Hybrid Electrochemical Generator With A Soluble Anode. US patent. , (2010).
- Yazami, R., Tan, K. S. Liquid Metal Battery. US patent. , (2015).
- Lim, Z. B., et al. Synthesis and assessment of new cyclopenta-2,4-dienone derivatives for energy storage applications. Synthetic Met. 200, 85-90 (2015).
- Butterfield, A. M., Gilomen, B., Siegel, J. S. Kilogram-Scale Production of Corannulene. Org. Process Res. Dev. 16, 664-676 (2012).
- Elmorsy, S. S., Pelter, A., Smith, K. The direct production of tri- and hexa-substituted benzenes from ketones under mild conditions. Tetrahedron Lett. 32, 4175-4176 (1991).
- Zabula, A. V., Filatov, A. S., Spisak, S. N., Rogachev, A. Y., Petrukhina, M. A. A Main Group Metal Sandwich: Five Lithium Cations Jammed Between Two Corannulene Tetraanion Decks. Science. 333, 1008-1011 (2011).
