Method Article

Магнитометрическая характеристика промежуточных продуктов в твердотельной электрохимии окислительно-восстановительных металлоорганических каркасов

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

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

Магнитная съемка ex situ может напрямую предоставлять объемную и локальную информацию о магнитном электроде, чтобы шаг за шагом выявить его механизм накопления заряда. Показано, что электронный спиновый резонанс (ЭПР) и магнитная восприимчивость позволяют контролировать оценку парамагнитных частиц и их концентрацию в окислительно-восстановительном металлоорганическом каркасе (МОФ).

Abstract

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

Электрохимическое хранение энергии было широко обсуждаемым применением окислительно-восстановительных металлоорганических каркасов (MOF) в последние 5 лет. Хотя MOF демонстрируют выдающиеся характеристики с точки зрения гравиметрической или площадной емкости и циклической стабильности, к сожалению, их электрохимические механизмы в большинстве случаев недостаточно изучены. Традиционные спектроскопические методы, такие как рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) и тонкая структура рентгеновского поглощения (XAFS), предоставили лишь расплывчатую и качественную информацию об изменениях валентности определенных элементов, и механизмы, предложенные на основе такой информации, часто весьма спорны. В этой статье мы сообщаем о ряде стандартизированных методов, включая изготовление твердотельных электрохимических ячеек, электрохимические измерения, разборку ячеек, сбор электрохимических промежуточных продуктов MOF и физические измерения промежуточных продуктов под защитой инертных газов. Используя эти методы для количественного выяснения эволюции электронного и спинового состояний на одной электрохимической стадии окислительно-восстановительных MOF, можно дать четкое представление о природе электрохимических механизмов накопления энергии не только для MOF, но и для всех других материалов с сильно коррелированными электронными структурами.

Introduction

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

С тех пор, как в конце 1990-х годов был введен термин «металлоорганический каркас» (MOF), и особенно в 2010-х годах, наиболее репрезентативные научные концепции, касающиеся MOF, возникли из-за их структурной пористости, включая гостевую инкапсуляцию, разделение, каталитические свойства и молекулярное зондирование 1,2,3,4 . Между тем, ученые быстро поняли, что для MOF важно обладать электронными свойствами, реагирующими на стимулы, чтобы интегрировать их в современные интеллектуальные устройства. Эта идея вызвала появление и процветание прово....

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

Protocol

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

1. Изготовление электродов

  1. Синтез Cu-THQ MOF
    ПРИМЕЧАНИЕ: Поликристаллический порошок Cu-THQ MOF был синтезирован гидротермальным методом в соответствии с ранее опубликованными процедурами 14,20,23.
    1. Поместите 60 мг тетрагидроксихинона в ампулу объемом 20 мл, затем добавьте 10 мл дегазированной воды. В отдельном стеклянном флаконе растворите 110 мг тригидрата нитрата меди (II) еще в 10 мл дегазированной воды. Добавьте 46 мкл конкурирующего лиганда этилендиамина с помощью пипетки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы дегазировать деионизированную во....

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

Results

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

Наша предыдущая работа включала подробное обсуждение спектроскопии ЭПР ex situ и измерений магнитной восприимчивости ex situ для электрохимически циклированного CuTHQ20. Здесь мы представляем наиболее репрезентативные и подробные результаты, которые могут быть получены в соответствии с протоколом, описанным в этой статье.

figure-results-1

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

Discussion

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

Для получения катодов необходимо смешать активный материал с проводящим углеродом, чтобы добиться низкой поляризации во время электрохимического процесса. Углеродная добавка является первой критической точкой для магнитометрии ex situ ; если углерод имеет радикальные дефекты, то появление электрохимически индуцированного органического радикала не может наблюдаться в спектре ЭПР. Это затрудняет точное определение концентрации спина или концентрации органических радикалов, поскольку эти два типа радикалов имеют сх.......

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

Disclosures

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

У авторов нет конфликтов интересов, о которых можно было бы заявить.

Acknowledgements

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

Это исследование было поддержано грантом KAKENHI (JP20H05621) Японского общества содействия развитию науки (JSPS). З. Чжан также благодарит Фонд Татемацу и стипендию Toyota Riken за финансовую поддержку.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1-метил-2-пирролидонFUJIFILM Wako Chemicals139-17611Супер обезвоженный
1 моль/л LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)KishidaLBG-96533электролит
4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксилFUJIFILM Wako Chemicals089-04191TEMPOL, для спиновой маркировки 
Ампульная трубкаMaruemu Corporation5-124-0520mL
Технический углерод, Супер ПроводящийAlfa AesarH30253
Проводящий черный углеродMitsubishi Chemical Меди
(II) Нитрат тригидратFUJIFILM Wako Chemicals033-12502вредные вещества
ДиметилкарбонатFUJIFILM Wako Chemicals046-31935аккумулятор марки
этилендиаминFUJIFILM Wako Chemicals053-00936вредные вещества
графеновые нанопластинкиTokyo Chemical IndustryG04426-8 нм (толстый), 15&микро; m(широкий)
Поли(винилиденфторид)Sigma Aldrich182702
бромид калияFUJIFILM Wako Chemicals165-17111для инфракрасной спектрофотометрии
альгинат натрия FUJIFILM Wako Chemicals199-09961500-600 сП
SQUID МагнитометрКвантовый дизайнMPMS-XL 5
Тетрагидрокси-1,4-бензохинона Гидрат ТокиоХимическая промышленностьT1090
X-Band ESRJEOLJES-F A200

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