Method Article

אפיון מגנטומטרי של מתווכים באלקטרוכימיה של מצב מוצק של מסגרות מתכת-אורגניות פעילות חמצון-חיזור

DOI:

10.3791/65335

⸱

June 9th, 2023

 ,  , 
1Department of Chemistry, Graduate School of Science, Nagoya University, 2International Research Organization for Advanced Science and Technology, Kumamoto University, 3Integrated Research Consortium on Chemical Sciences, Nagoya University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

סקרים מגנטיים Ex situ יכולים לספק ישירות מידע בתפזורת ומקומית על אלקטרודה מגנטית כדי לחשוף את מנגנון אחסון המטען שלה צעד אחר צעד. כאן, תהודה של ספין אלקטרונים (ESR) ורגישות מגנטית מודגמים כדי לפקח על הערכת מינים פאראמגנטיים וריכוזם במסגרת מתכתית-אורגנית פעילה חמצון-חיזור (MOF).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

אגירת אנרגיה אלקטרוכימית היא יישום נדון באופן נרחב של מסגרות מתכת-אורגניות פעילות חמצון-חיזור (MOFs) ב-5 השנים האחרונות. למרות MOFs להראות ביצועים יוצאי דופן במונחים של קיבוליות כבידתית או areal ויציבות מחזורית, למרבה הצער המנגנונים האלקטרוכימיים שלהם אינם מובנים היטב ברוב המקרים. טכניקות ספקטרוסקופיות מסורתיות, כגון ספקטרוסקופיה פוטואלקטרונית של קרני רנטגן (XPS) ומבנה עדין של בליעת קרני רנטגן (XAFS), סיפקו רק מידע מעורפל ואיכותי על שינויי ערכיות של יסודות מסוימים, והמנגנונים המוצעים בהתבסס על מידע כזה הם לעתים קרובות שנויים במחלוקת. במאמר זה אנו מדווחים על סדרה של שיטות סטנדרטיות, כולל ייצור תאים אלקטרוכימיים במצב מוצק, מדידות אלקטרוכימיות, פירוק תאים, איסוף מתווכים אלקטרוכימיים MOF ומדידות פיזיקליות של המתווכים תחת הגנה של גזים אינרטיים. על ידי שימוש בשיטות אלה להבהרה כמותית של התפתחות המצב האלקטרוני ומצב הספין בשלב אלקטרוכימי יחיד של MOFs הפעילים חמצון-חיזור, ניתן לספק תובנה ברורה לגבי טבעם של מנגנוני אחסון אנרגיה אלקטרוכימיים לא רק עבור MOFs, אלא גם עבור כל החומרים האחרים עם מבנים אלקטרוניים בעלי מתאם חזק.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מאז הוצג המונח מסגרת מתכתית-אורגנית (MOF) בסוף שנות התשעים, ובמיוחד בשנות ה-2010, המושגים המדעיים המייצגים ביותר לגבי MOFs עלו מהנקבוביות המבנית שלהם, כולל אנקפסולציה אורחת, הפרדה, תכונות קטליטיות, וחישת מולקולות 1,2,3,4 . בינתיים, מדענים מיהרו להבין שחיוני של-MOFs יהיו תכונות אלקטרוניות המגיבות לגירויים כדי לשלב אותם במכשירים חכמים מודרניים. רעיון זה עורר את ההשרצה והפריחה של משפחת MOF הדו-ממדית המוליכה (2D) ב-10 השנים האחרונות, ובכך פתח את השער ל-MOFs למלא תפקידי מפתח באלקטרוניקה5, ובאופן אטרקטיבי יותר, בהתקני אחסון....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. ייצור אלקטרודות

  1. סינתזה Cu-THQ MOF
    הערה: אבקת Cu-THQ MOF פוליקריסטלינית סונתזה בשיטה הידרותרמית בעקבות נהלים שפורסמו בעבר 14,20,23.
    1. שים 60 מ"ג של tetrahydroxyquinone לתוך אמפולה 20 מ"ל, ולאחר מכן להוסיף 10 מ"ל של מים degassed. בבקבוקון זכוכית נפרד, ממיסים 110 מ"ג נחושת (II) ניטראט טריהידרט בעוד 10 מ"ל של מים נטולי גז. הוסף 46 μL של ליגנד מתחרה ethylenediamine באמצעות פיפטה.
      הערה: כדי לנטרל את המים שעברו דה-יוניזציה, יש להזרים גז חנקן במשך 30 דקות לפני השימוש. אם תערובת התגובה מחוממת במשך זמן רב מדי, טומאת Cu עלולה להיווצר עם ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודתנו הקודמת כללה דיון מפורט בספקטרוסקופיית ESR ex-situ ובמדידות רגישות מגנטית ex-situ עבור CuTHQ20 במחזור אלקטרוכימי. כאן, אנו מציגים את התוצאות המייצגות והמפורטות ביותר שניתן להשיג בעקבות הפרוטוקול המתואר במאמר זה.

figure-results-1
איור 2: ביצועים אלקטרוכימיים של סוללות Li/CuTHQ . (A

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כדי לייצר קתודה, יש צורך לערבב את החומר הפעיל עם פחמן מוליך כדי להשיג קיטוב נמוך במהלך התהליך האלקטרוכימי. תוסף הפחמן הוא הנקודה הקריטית הראשונה למגנטומטריה אקס-סיטו ; אם לפחמן יש פגמים רדיקליים, לא ניתן לראות את הופעתו של הרדיקל האורגני המושרה אלקטרוכימית בספקטרום ESR. זה מקשה לקבוע במדויק את ריכוז הספין או ריכוז הרדיקלים האורגניים, שכן לשני סוגים אלה של רדיקלים יש ערכי G דומים, וקווי ה- ESR שלהם עשויים לחפוף. בנוסף, אם הפחמן מכיל אפילו כמות קטנה של טומאה פרומגנטית, הרגישות המגנטית שלו יכולה לשלוט באזור הטמפרטו.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נתמך על ידי האגודה היפנית לקידום המדע (JSPS) KAKENHI Grant (JP20H05621). ז. ז'אנג מודה גם לקרן טאטמאטסו ולמלגת טויוטה ריקן על התמיכה הכספית.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1-מתיל-2-פירולידוןFUJIFILM Wako Chemicals139-17611סופר מיובש
1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)KishidaLBG-96533אלקטרוליט
4-הידרוקסי-2,2,6,6-טטרמתילפיפרידין-1-אוקסילFUJIFILM Wako Chemicals089-04191TEMPOL, לתיוג ספין 
צינור אמפולהMaruemu Corporation5-124-0520 מ"ל
פחמן שחור, סופר P מוליךאלפא AesarH30253
מוליך פחמן שחורמיצובישי
(II) טריהידרט חנקתיFUJIFILM Wako Chemicals033-12502חומרים מזיקים
דימתיל קרבונטFUJIFILM Wako כימיקלים046-31935אתילנדיאמין בדרגת סוללה
FUJIFILM Wako Chemicals053-00936חומרים מזיקים
ננו-טסיות גרפןטוקיו תעשייה כימיתG04426-8 ננומטר (עבה), 15 ומיקרו; m (רחב)
פולי (וינילידן פלואוריד)סיגמא אולדריץ'182702
אשלגן ברומידFUJIFILM Wako Chemicals165-17111עבור ספקטרופוטומטריה אינפרא אדום
נתרן אלגינט FUJIFILM Wako Chemicals199-09961500-600 cP
מגנטומטר דיונוןעיצוב קוונטיMPMS-XL 5
Tetrahydroxy-1,4-benzoquinone HydrateTokyo Chemical IndustryT1090
X-Band ESRJEOLJES-F A200
נחושת כימית

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Lee, J., et al. Metal-organic framework materials as catalysts. Chemical Society Reviews. 38 (5), 1450-1459 (2009).
  2. Dolgopolova, E. A., Rice, A. M., Martin, C. R., Shustova, N. B. Photochemistry and photophysics of MOFs: steps towards MOF-based sensin....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Redox Active MOFsSolid State ElectrochemistryMagnetometric CharacterizationElectrochemical IntermediatesCyclic VoltammetryESR SpectroscopyLithium Coin CellsElectronic Spin StatesParamagnetic StateElectrochemical Energy Storage

Related Articles