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Caracterização Magnetométrica de Intermediários na Eletroquímica do Estado Sólido de Estruturas Redox-Metal Ativo-Orgânicas

DOI:

10.3791/65335

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June 9th, 2023

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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

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Levantamentos magnéticos ex situ podem fornecer diretamente informações locais e em massa em um eletrodo magnético para revelar seu mecanismo de armazenamento de carga passo a passo. Neste trabalho, a ressonância magnética eletrônica (VHS) e a suscetibilidade magnética são demonstradas para monitorar a avaliação de espécies paramagnéticas e sua concentração em uma estrutura metal-orgânica redox-ativa (MOF).

Abstract

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O armazenamento eletroquímico de energia tem sido uma aplicação amplamente discutida de estruturas metal-orgânicas (MOFs) redox-ativas nos últimos 5 anos. Embora os MOFs apresentem excelente desempenho em termos de capacitância gravimétrica ou areal e estabilidade cíclica, infelizmente seus mecanismos eletroquímicos não são bem compreendidos na maioria dos casos. Técnicas espectroscópicas tradicionais, como espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS) e estrutura fina de absorção de raios X (XAFS), têm fornecido apenas informações vagas e qualitativas sobre mudanças de valência de certos elementos, e os mecanismos propostos com base nessas informações são frequentemente altamente discutíveis. Neste artigo, relatamos uma série de métodos padronizados, incluindo a fabricação de células eletroquímicas de estado sólido, medições eletroquímicas, a desmontagem de células, a coleta de intermediários eletroquímicos MOF e medidas físicas dos intermediários sob a proteção de gases inertes. Usando esses métodos para esclarecer quantitativamente a evolução eletrônica e do estado de spin dentro de uma única etapa eletroquímica de MOFs redox-ativos, pode-se fornecer uma visão clara sobre a natureza dos mecanismos de armazenamento de energia eletroquímica não apenas para MOFs, mas também para todos os outros materiais com estruturas eletrônicas fortemente correlacionadas.

Introduction

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Desde que o termo estrutura metal-orgânica (MOF) foi introduzido no final da década de 1990, e especialmente na década de 2010, os conceitos científicos mais representativos sobre MOFs surgiram de sua porosidade estrutural, incluindo encapsulamento convidado, separação, propriedades catalíticas e sensoriamento de moléculas 1,2,3,4 . Enquanto isso, os cientistas foram rápidos em perceber que é essencial que os MOFs possuam propriedades eletrônicas responsivas a estímulos para integrá-los a dispositivos inteligentes modernos. Essa ideia desenc....

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Protocol

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1. Fabricação de eletrodos

  1. Sintetizando-THQ MOF
    OBS: O pó policristalino-THQ MOF foi sintetizado por método hidrotermal seguindo procedimentos previamente publicados 14,20,23.
    1. Coloque 60 mg de tetrahidroxiquinona em uma ampola de 20 mL e, em seguida, adicione 10 mL de água desgaseificada. Num frasco para injetáveis de vidro separado, dissolver 110 mg de tri-hidrato de nitrato de cobre (II) em mais 10 ml de água desgaseificada. Adicionar 46 μL do ligante concorrente etilenodiamina utilizando uma pipeta.
      NOTA: Para desgaseificar ....

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Results

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Nosso trabalho anterior incluiu uma discussão detalhada da espectroscopia ESR ex situ e medidas de suscetibilidade magnética ex situ para CuTHQ20 eletroquimicamente ciclado. Aqui, apresentamos os resultados mais representativos e detalhados que podem ser obtidos seguindo o protocolo descrito neste artigo.

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Discussion

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Para produzir cátodos, é necessário misturar o material ativo com carbono condutor para obter uma baixa polarização durante o processo eletroquímico. O aditivo de carbono é o primeiro ponto crítico para a magnetometria ex situ ; se o carbono tem defeitos radicais, a emergência do radical orgânico eletroquimicamente induzido não pode ser observada no espectro ESR. Isso torna difícil determinar com precisão a concentração de spin ou concentração de radicais orgânicos, uma vez que esses dois tipos de radicais têm v.......

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Disclosures

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Os autores declaram não haver conflitos de interesse.

Acknowledgements

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Este estudo foi apoiado por uma Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência (JSPS) KAKENHI Grant (JP20H05621). Z. Zhang também agradece à Fundação Tatematsu e à bolsa Toyota Riken pelo apoio financeiro.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1-Metil-2-pirrolidonaFUJIFILM Wako Chemicals139-17611Super Desidratado
1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)KishidaLBG-96533eletrólito
4-Hidroxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxilFUJIFILM Wako Chemicals089-04191TEMPOL, para Rotulagem de Spining 
Tubo de ampolaMaruemu Corporation5-124-0520mL
Negro de fumo, Super P CondutorAlfa AesarH30253
Negro de fumo condutorMitsubishi
Cobre (II) Nitrato TrihidratadoFUJIFILM Wako Chemicals033-12502substâncias deletérias
Carbonato de dimetilaFUJIFILM Wako Chemicals046-31935produtos
EthylenediamineFUJIFILM Wako da053-00936substâncias deletérias
Nanoplaquetas do grafenoIndústria químicaG0442de Tokyo 6-8nm (grosso), 15µ m(wide)
Poly(vinylidene fluoride)Sigma Aldrich182702
Brometo de PotássioFUJIFILM Wako Chemicals165-17111para Espectrofotometria de Infravermelho
Alginato de Sódio FUJIFILM Wako Chemicals199-09961500-600 cP
SQUID MagnetômetroQuantum DesignMPMS-XL 5
Tetrahidroxi-1,4-benzoquinona HidratoTóquio Indústria QuímicaT1090
X-Band ESRJEOLJES-F A200
Chemical químicos de categoria da bateria

References

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  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....

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

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