Method Article

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

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

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

Badania magnetyczne ex situ mogą bezpośrednio dostarczyć dużych i lokalnych informacji na elektrodzie magnetycznej, aby krok po kroku ujawnić mechanizm magazynowania ładunku. W tym artykule wykazano elektronowy rezonans spinowy (ESR) i podatność magnetyczną w celu monitorowania oceny gatunków paramagnetycznych i ich stężenia w redoks-aktywnym szkielecie metaloorganicznym (MOF).

Abstract

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

Elektrochemiczne magazynowanie energii było szeroko dyskutowanym zastosowaniem redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych (MOF) w ciągu ostatnich 5 lat. Chociaż MOF wykazują znakomitą wydajność pod względem pojemności grawimetrycznej lub powierzchniowej i stabilności cyklicznej, niestety ich mechanizmy elektrochemiczne w większości przypadków nie są dobrze poznane. Tradycyjne techniki spektroskopowe, takie jak rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS) i absorpcyjna struktura drobna absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAFS), dostarczyły jedynie niejasnych i jakościowych informacji na temat zmian walencyjnych niektórych pierwiastków, a mechanizmy proponowane na podstawie takich informacji są często wysoce dyskusyjne. W tym artykule przedstawiamy szereg znormalizowanych metod, w tym wytwarzanie ogniw elektrochemicznych w stanie stałym, pomiary elektrochemiczne, demontaż ogniw, zbieranie półproduktów elektrochemicznych MOF oraz pomiary fizyczne produktów pośrednich pod ochroną gazów obojętnych. Wykorzystując te metody do ilościowego wyjaśnienia ewolucji stanu elektronowego i spinowego w ramach pojedynczego kroku elektrochemicznego MOF aktywnych redoks, można uzyskać jasny wgląd w naturę elektrochemicznych mechanizmów magazynowania energii nie tylko dla MOF, ale także dla wszystkich innych materiałów o silnie skorelowanych strukturach elektronowych.

Introduction

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

Od czasu wprowadzenia terminu struktura metaloorganiczna (MOF) pod koniec lat 90., a zwłaszcza w latach 2010., najbardziej reprezentatywne koncepcje naukowe dotyczące MOF powstały z powodu ich porowatości strukturalnej, w tym enkapsulacji gości, separacji, właściwości katalitycznych i wykrywania cząsteczek1,2,3,4. Tymczasem naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że MOF muszą posiadać właściwości elektroniczne reagujące na bodźce, aby można je było zintegrować z nowoczesnymi inteligentnymi urządzeniami. Pomysł ten spowodował pojawienie się i roz....

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

Protocol

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

1. Produkcja elektrod

  1. Synteza Cu-THQ MOF
    UWAGA: Proszek polikrystaliczny Cu-THQ MOF został zsyntetyzowany metodą hydrotermalną zgodnie z wcześniej opublikowanymi procedurami14,20,23.
    1. Wlej 60 mg tetrahydroksychinonu do ampułki o pojemności 20 ml, a następnie dodaj 10 ml odgazowanej wody. W osobnej szklanej fiolce rozpuść 110 mg trójwodzianu azotanu miedzi (II) w kolejnych 10 ml odgazowanej wody. Dodać 46 μl konkurencyjnego ligandu etylenodiaminy za pomocą pipety.
      UWAGA: Aby odgazować wodę dejonizowaną, przed użyciem ....

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

Results

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

Nasza poprzednia praca obejmowała szczegółowe omówienie spektroskopii ex situ ESR i pomiarów podatności magnetycznej ex situ dla elektrochemicznie cyklicznych CuTHQ20. Tutaj prezentujemy najbardziej reprezentatywne i szczegółowe wyniki, które można uzyskać zgodnie z protokołem opisanym w tym artykule.

figure-results-1
Rys.......

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

Discussion

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

Aby wyprodukować katody, konieczne jest zmieszanie materiału aktywnego z przewodzącym węglem, aby uzyskać niską polaryzację podczas procesu elektrochemicznego. Dodatek węgla jest pierwszym punktem krytycznym dla magnetometrii ex situ ; jeśli węgiel ma defekty rodnikowe, nie można zaobserwować pojawienia się elektrochemicznie indukowanego rodnika organicznego w widmie ESR. Utrudnia to precyzyjne określenie stężenia spinu lub stężenia rodników organicznych, ponieważ te dwa typy rodników mają podobne wartości g, a .......

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

Disclosures

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

Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.

Acknowledgements

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

To badanie było wspierane przez Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki (JSPS) KAKENHI Grant (JP20H05621). Z. Zhang dziękuje również Fundacji Tatematsu i stypendium Toyota Riken za wsparcie finansowe.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1-metylo-2-pirolidonFUJIFILM Wako Chemicals139-17611Super odwodniony
1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)KishidaLBG-96533elektrolit
4-hydroksy-2,2,6,6-tetrametylopipryrydyno-1-oksylFUJIFILM Wako Chemicals089-04191TEMPOL, do etykietowania wirowania 
Rurka ampułkiMaruemu Corporation5-124-0520mL
Sadza, Super P PrzewodzącaAlfa AesarH30253
Przewodząca sadzaMitsubishi Chemical
Trójwodzian azotanu miedzi (II)FUJIFILM Wako Chemicals033-12502szkodliwe
Węglan dimetyluFUJIFILM Wako Chemicals046-31935klasa baterii
EtylenodiaminaFUJIFILM Wako Chemicals053-00936substancje szkodliwe
Nanopłytki grafenuTokyo Chemical IndustryG04426-8nm (gruba), 15 i mikro; m (szeroki)
Poli(fluorek winylidenu)Sigma Aldrich182702
Bromek potasuFUJIFILM Wako Chemicals165-17111do spektrofotometrii w podczerwieni
Alginian sodu FUJIFILM Wako Chemicals199-09961500-600 cP
SQUID MagnetometrQuantum DesignMPMS-XL 5
Hydrat tetrahydroksy-1,4-benzochinonuPrzemysł chemicznyT1090
X-Band ESRJEOLJES-F A200
substancje Tokio

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