Caracterización magnetométrica de intermedios en la electroquímica de estado sólido de estructuras metal-orgánicas redox-activas

Summary

Los estudios magnéticos ex situ pueden proporcionar directamente información masiva y local en un electrodo magnético para revelar su mecanismo de almacenamiento de carga paso a paso. En esta invención, se demuestra que la resonancia de espín electrónico (ESR) y la susceptibilidad magnética monitorean la evaluación de especies paramagnéticas y su concentración en un marco metal-orgánico (MOF) redox-activo.

Abstract

El almacenamiento de energía electroquímica ha sido una aplicación ampliamente discutida de los marcos metal-orgánicos (MOF) redox-activos en los últimos 5 años. Aunque los MOF muestran un rendimiento sobresaliente en términos de capacitancia gravimétrica o de área y estabilidad cíclica, desafortunadamente sus mecanismos electroquímicos no se comprenden bien en la mayoría de los casos. Las técnicas espectroscópicas tradicionales, como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) y la estructura fina de absorción de rayos X (XAFS), solo han proporcionado información vaga y cualitativa sobre los cambios de valencia de ciertos elementos, y los mecanismos propuestos basados en dicha información son a menudo muy discutibles. En este artículo, informamos una serie de métodos estandarizados, incluida la fabricación de celdas electroquímicas de estado sólido, mediciones electroquímicas, el desmontaje de celdas, la recolección de intermedios electroquímicos MOF y mediciones físicas de los intermedios bajo la protección de gases inertes. Mediante el uso de estos métodos para aclarar cuantitativamente la evolución electrónica y del estado de espín dentro de un solo paso electroquímico de los MOF redox-activos, se puede proporcionar una visión clara de la naturaleza de los mecanismos de almacenamiento de energía electroquímica no solo para los MOF, sino también para todos los demás materiales con estructuras electrónicas fuertemente correlacionadas.

Introduction

Desde que se introdujo el término marco metal-orgánico (MOF) a fines de la década de 1990, y especialmente en la década de 2010, los conceptos científicos más representativos sobre los MOF han surgido de su porosidad estructural, incluida la encapsulación invitada, la separación, las propiedades catalíticas y la detección de moléculas 1,2,3,4 . Mientras tanto, los científicos se dieron cuenta rápidamente de que es esencial que los MOF posean propiedades electrónicas sensibles a estímulos para integrarlos en dispositivos inteligentes modernos....

Protocol

1. Fabricación de electrodos

1. Sintetizando Cu-THQ MOF
   NOTA: El polvo policristalino Cu-THQ MOF fue sintetizado por un método hidrotermal siguiendo procedimientos previamente publicados 14,20,23.
   1. Ponga 60 mg de tetrahidroxiquinona en una ampolla de 20 ml, luego agregue 10 ml de agua desgasificada. En un vial de vidrio separado, disolver 110 mg de trihidrato de nitrato de cobre (II) en otros 10 ml de agua desgasificada. Añadir 46 μL del ligando competidor etilendiamina con una pipeta.
      NOTA: Para desgasificar el agua desionizada, f....

Results

Nuestro trabajo anterior incluyó una discusión detallada de la espectroscopia de ESR ex situ y las mediciones de susceptibilidad magnética ex situ para CuTHQ²⁰ ciclado electroquímicamente. A continuación, presentamos los resultados más representativos y detallados que se pueden obtener siguiendo el protocolo descrito en este trabajo.

Discussion

Para producir cátodos, es necesario mezclar el material activo con carbono conductor para lograr una baja polarización durante el proceso electroquímico. El aditivo de carbono es el primer punto crítico para la magnetometría ex situ ; si el carbono tiene defectos radicales, la aparición del radical orgánico inducido electroquímicamente no se puede observar en el espectro de ESR. Esto hace que sea difícil determinar con precisión la concentración de espín o la concentración de radicales orgánicos, ya que estos do.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-metil-2-pirrolidona	FUJIFILM Wako Chemicals	139-17611	Super Deshidratado
1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)	Kishida	LBG-96533	electrolito
4-Hidroxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil	FUJIFILM Wako Chemicals	089-04191	TEMPOL, para etiquetado por centrifugación
Tubo de ampolla	Maruemu Corporation	5-124-05	20mL
Negro de humo, Super P Conductor	Alfa Aesar	H30253
Negro de humo conductor	Mitsubishi Chemical
Nitrato de cobre (II) Trihidrato	FUJIFILM Wako Chemicals	033-12502	nocivas
Carbonato de dimetilo	FUJIFILM Wako Chemicals	046-31935	grado de batería
Etilendiamina	FUJIFILM Wako Chemicals	053-00936	sustancias nocivas
Grafeno Nanoplaquetas Industria	química de Tokio	G0442	6-8nm (grueso), 15 y micro; m (ancho)
Poli(fluoruro de vinilideno)	Sigma Aldrich	182702
bromuro de potasio	FUJIFILM Wako Chemicals	165-17111	para espectrofotometría infrarroja
Alginato de sodio	FUJIFILM Wako Chemicals	199-09961	500-600 cP
SQUID Magnetómetro	Diseño Cuántico	MPMS-XL 5
Hidrato de tetrahidroxi-1,4-benzoquinona	Industria química de Tokio	T1090
Banda X ESR	JEOL	JES-F A200