1,3,5-triphenylbenzen og Corannulene som Electron receptorer for Lithium solvatiseret Electron Solutions

Summary

The authors report on conductivity studies carried out on lithium solvated electron solutions (LiSES) prepared using 1,3,5-triphenylbenzene (TPB) and corannulene as electron receptors.

Abstract

Forfatterne rapporterer om ledningsevne undersøgelser på lithium solvatiserede elektron løsninger (Lises) fremstillet ved anvendelse af to typer af polyaromatiske hydrocarboner (PAH), nemlig 1,3,5-triphenylbenzen og corannulene, som elektron-receptorer. De faste PAH'er blev først opløst i tetrahydrofuran (THF) til dannelse af en opløsning. Metallisk lithium blev derefter opløst i disse PAH / THF løsninger til opnåelse enten blå eller grønlig blå opløsninger, farver, som er indikativ for tilstedeværelsen af ​​solvatiserede elektroner. Ledningsevnemålinger ved omgivelsestemperatur udført på 1,3,5-triphenylbenzen-baserede Lises, betegnet med Li _x TPB (THF) _24,7 (x = 1, 2, 3, 4), viste en stigning på ledningsevne med forøgelse af Li: PAH-forhold fra x = 1 til 2. dog ledningsevnen faldt gradvist efter yderligere forøgelse af forholdet. Faktisk ledningsevnen af Li _x TPB (THF) _24,7 for x = 4 er endnu lavere end for x </em> = 1. En sådan adfærd svarer til den for det tidligere rapporterede Lises fremstillet ud fra biphenyl og naphthalen. Ledningsevne versus temperaturmålinger på corannulene-baserede Lises, betegnet med Li _x Cor (THF) ₂₄₇ (x = 1, 2, 3, 4, 5), viste lineære relationer med negative hældninger, hvilket indikerer en metallisk adfærd ligner biphenyl og naphthalen baserede Lises.

Introduction

Lithium solvatiserede elektron løsninger (Lises) fremstillet ved anvendelse af simple to-ring polyaromatiske hydrocarboner (PAH) såsom biphenyl og naphthalen kan potentielt anvendes som flydende anoder i refuelable lithiumceller ^1-7. I Lises, disse enkle PAH molekyler tjente som elektronen receptorer for solvatiserede elektroner fra opløst metallisk lithium.

Fremskridt af disse to-ringsystemer har forfatterne siden da gennemført undersøgelser ledningsevne måling på Lises der fremstilles under anvendelse af mere komplekse PAH'er, startende med den gruppe af cyclopenta-2,4-dienon derivater ^8. PAH'er omfatte større PAH'er (> to benzenringe) og PAH'er med substituenter inkorporeret i deres aromatiske ringe. Der forventes en større PAH molekyle med mere end to ringe til at rumme flere lithium atomer pr PAH molekyle end både biphenyl eller naphthalen hvilket resulterer i Lises med en højere energitæthed. Formålet med introduktioning substituenter i PAH'er er at gøre PAH acceptere elektroner lettere og bliver mere stabil som polyanioner i Lises.

Som en del af de igangværende bestræbelser på at udvikle Lises med højere energitæthed, vil dette papir rapportere om karakterisering af Lises fremstillet af corannulene foretaget af proceduren litteratur ⁹ samt 1,3,5-triphenylbenzen, TPB syntetiseret af en let modificeret litteratur ¹⁰ . 1,3,5-triphenylbenzen, som vist i figur 1 (1), kan klassificeres som et biphenylderivat med to ekstra phenylringe i positionerne 3 og 5 i samme ring. Da dette molekyle har fire benzenringe, bør den optagelse 4 atomer af Li pr molekyle, hvilket er mere end for biphenyl (højst 2,5 molækvivalenter Li pr PAH i 0,5 M opløsning) og naphthalen (<2,5 molækvivalenter lithium pr molekyle) .

Corannulene er en fem-ring PAH arrangeret i en skål form som vist i figur 1 (2). Zabula et al. ¹¹ har vist muligheden for at opløse metallisk lithium i en opløsning af corannulene / tetrahydrofuran (THF) til dannelse af en opløsning med fem Li ⁺ -ioner anbragt mellem to stabile tetraanions af corannulene.

Figur 1: De molekylære strukturer af 1,3,5-triphenylbenzen (1) og corannulene (2) 1,3,5-triphenylbenzen er klassificeret som et biphenylderivat med to yderligere phenylringe i positionerne 3 og 5 af den samme ring. . Corannulene er en fem-ring PAH med sine fem benzenringe arrangeret i en skål form. Klik her for at se en større version af dette tal.

Således kan både 1,3,5-triphenylbenzen og corannulene er potentielle kandidater til høj energitæthed Lises.

Protocol

1. Forberedelse Procedure for 1,3,5-triphenylbenzen (1) Placer en blanding af acetophenon (4,0 g, 33,3 mmol) og 100 ml absolut ethanol i en rundbundet trehalset 250 ml kolbe udstyret med magnetisk omrører, tilbagesvaler, nitrogenindløb, bubbler, tildrypningstragt og termometer. Tilføj siliciumtetrachlorid (11,9 g, 8,0 ml, 70,2 mmol, 2,1 ækv.) Til blandingen i én portion ved 0 ° C under nitrogen under anvendelse tildrypningstragten. Vær opmærksom på udviklingen af ​​gasformigt hydrogench…

Representative Results

Reaktion mellem forskellige mængder af lithium og blandinger af 1,3,5-triphenylbenzen med THF giver grønlige blå eller dyb blå farvede opløsninger som vist i figur 2. En let farve indikerer, at den bestemte prøve af Lises har en lav koncentration af opløste elektroner. 1,3,5-triphenylbenzen demonstrerer forøgelse af ledningsevne med forøgelse af Li: PAH-forhold fra 1 til 2 i 0,5 M THF-opløsning (tabel 1). Imidlertid konduktivitetsværdi aftager gradvist ved yderligere forøgel…

Discussion

For 1,3,5-triphenylbenzen-baserede Lises, en prøve med en lys farve viser, at det har en lav koncentration af opløste elektroner. Li _x TPB (THF) _24,7 (for x = 1, 2, 3, 4) viser en adfærd i dens ledningsevne versus x svarende til den set for Lises fremstillet af biphenyl og naphthalen ^{1, 2} .Der er en initial stigning i ledningsevne med forøgelse af Li: PAH-forhold fra 1 til 2 og et efterfølgende fald i ledningsevne ved yderligere forøgelse af molforholdet til 3 og 4, med le…

Materials

Biphenyl Reagentplus, 99.5%	Sigma Aldrich	B34656-1KG
Tetrahydrofuran Anhydrous, 99.9%, Inhibi	Sigma Aldrich	401757-100ML
Iodine, Anhydrous, Beads, -10 Mesh, 99.999% trace metals basis	Sigma Aldrich	451045-25G
Lithium iodide, anhydrous, 99.95% (metals basis)	Alfa Aesar	40666
Lithium Ion Conducting Glass ceramics (Diameter 1" x 150 mm)	Ohara	LICGC(AG01)
Lithium Foil	Alfa Aesar	010769.14
Methanol anhydrous, 99.8%	Sigma Aldrich	322415-100ML
CompactStat : Electrochemical Analyser with Impedance	Ivium Technologies	Not Applicable
Cond 3310 Conductivity Meter	WTW	Not Applicable
Digital Multimeter, Model Fluke 179	Fluke Corporation	Not Applicable
1,3,5-triphenylbenzene	Synthesized from acetpohenone according to procedure described in literature
Silicon tetrachloride	Sigma Aldrich	215120-100G
acetophenone	TCI	A0061-500g
Ethanol	Merck Millipore	1.00983.2511