Summary

1,3,5-Triphenylbenzene ו Corannulene כמו אלקטרונים קולטנים ליתיום Solvated פתרונות אלקטרונים

Published: October 10, 2016
doi:

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

המחברים מדווחים על מחקרים מוליכים שבוצעו על פתרונות אלקטרוני solvated ליתיום (LiSES) המוכנים באמצעות שני סוגים של פחמימנים polyaromatic (PAH), כלומר 1,3,5-triphenylbenzene ו corannulene, כמו קולטנים אלקטרונים. PAHs המוצק היו מומס ראשון tetrahydrofuran (THF) כדי ליצור פתרון. ליתיום מתכתי אז פורק לפתרונות PAH / THF אלה להניב כחול או פתרונות כחולים ירקרקים, צבעים המעידים על הנוכחות של אלקטרוני solvated. מדידות מוליכות בטמפרטורת הסביבה ביצע על LiSES מבוססי 1,3,5-triphenylbenzene, כונה על ידי Li x TPB (THF) 24.7 (x = 1, 2, 3, 4), נרשמה עלייה של מוליכות עם עליה של Li: יחס PAH מ x = 1 עד 2. עם זאת, מוליכות ירד בהדרגה על הגדלת היחס נוסף. ואכן המוליכות של Li x TPB (THF) 24.7 עבור x = 4 הוא אפילו נמוך יותר עבור x </em> = 1. התנהגות כזו היא דומה לזו של LiSES שדווח בעבר שהוכן biphenyl וכן נפטלין. מוליכות לעומת מדידות טמפרטורה על LiSES מבוסס corannulene, כונו על ידי Li x קור (THF) 247 (x = 1, 2, 3, 4, 5), היה יחסי אנוש ליניארי עם מדרונות שליליים, מה שמעיד על התנהגות מתכתית דומה biphenyl ו naphthalene- LiSES מבוסס.

Introduction

פתרונות אלקטרוני solvated ליתיום (LiSES) מוכנים באמצעות פחמימנים polyaromatic שתי טבעת פשוטה (PAH) כגון biphenyl וכן נפטלין יכולים להיות מנוצלים כמכילי אנודות נוזל בתאי ליתיום refuelable 1-7. בשנות ה LiSES, מולקולות PAH הפשוטות הבאות שימש קולטנים אלקטרונים עבור אלקטרונים solvated מן ליתיום מתכתי מומס.

התקדמות ממערכות שתי אלה טבעת, המחברים ומאז בצעו מחקרי מדידה מוליך על LiSES הערוכים באמצעות PAHs מורכבת יותר, החל עם קבוצת cyclopenta-2,4-dienone נגזר 8. PAHs אלה כוללים PAHs גדול (> שתי טבעות בנזן) ו PAHs עם מתמירים שולבו טבעות ארומטיות שלהם. מולקולת PAH גדולה עם יותר משתי טבעות צפויות להכיל אטומי ליתיום יותר לכל מולקולת PAH מאשר כל אחד biphenyl או נפתלין ובכך וכתוצאה מכך LiSES עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. מטרת introducing מתמירים לתוך PAHs היא להפוך את PAH לקבל אלקטרונים בקלות רבה יותר ולהיות יציבה יותר כמו polyanions ב LiSES.

כחלק ממאמצים המתמשכים לפתח LiSES עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, מאמר זה ידווח על האפיון של LiSES שהוכן corannulene שנעשה על ידי הליך הספרות 9 וכן 1,3,5-triphenylbenzene, TPB מסונתז על ידי ספרות שונה במקצת 10 . 1,3,5-triphenylbenzene, כפי שמוצג באיור 1 (1), ניתן לסווג כנגזרת biphenyl עם שתי טבעות פניל נוספים במיקומים 3 ו -5 של אותה טבעת. מאז מולקולה זו יש ארבע טבעות בנזן, זה צריך ספיגת 4 אטומים של Li לכל מולקולה, וזה יותר ממה עבור biphenyl (מקסימום 2.5 ושווי שומה של Li לכל PAH ב 0.5 M פתרון) וכן נפטלין (<2.5 ושווי שומה של ליתיום לכל מולקולה) .

Corannulene הוא טבעת חמש-PAH המסודרים בצורת קערה כפי שמוצג באיור 1 (2). Zabula et al. 11 הדגימו את ההיתכנות של המסת ליתיום מתכתי בתמיסה של corannulene / tetrahydrofuran (THF) כדי ליצור פתרון עם חמישה יוני Li + דחוקים בין שתי tetraanions היציבה של corannulene.

איור 1
איור 1: מבנה מולקולרי של 1,3,5-triphenylbenzene (1) ו corannulene (2) 1,3,5-triphenylbenzene מסווג כנגזרת biphenyl עם שתי טבעות פניל נוספים במיקומים 3 ו -5 של הטבעת אותה. . Corannulene הוא PAH חמש-טבעת עם טבעות בנזן החמש שלו מסודרות לצורת קערה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

לפיכך, הוא 1,3,5-triphenylbenzene ו corannulene הם מועמדים פוטנציאליים עבור אנרגיה גבוההLiSES צפיפות.

Protocol

1. הכנת נוהל 1,3,5-Triphenylbenzene (1) מניחים תערובת של אצטופנון (4.0 גרם, 33.3 mmol) ו -100 מ"ל של אתנול מוחלט לתוך בקבוק שלושה הצוואר תחתית עגולה 250 מ"ל מצויד בוחש מגנטי עם קבלים ריפלוקס, כניסת חנקן, bubbler, משפך מדחום הפלה. להוסיף טטרא ס…

Representative Results

התגובה בין כמויות שונות של ליתיום ותערובות של 1,3,5-triphenylbenzene עם THF נותן פתרונות בצבע כחול ירקרק או עמוק כפי שמוצג באיור 2. צבע הנורית מציינת כי מדגם מסוים של LiSES יש ריכוז נמוך של אלקטרונים solvated. 1,3,5-triphenylbenzene מדגים עלייה של מוליכות עם עליה של Li: יחס PAH מ -1 ל -2 ב 0.5 M פת?…

Discussion

עבור LiSES 1,3,5 המבוסס-triphenylbenzene, מדגם עם צבע בהיר מראה כי יש לו ריכוז נמוך של אלקטרוני solvated. Li x TPB (THF) 24.7 (עבור x = 1, 2, 3, 4) מדגים התנהגות במוליכות שלה מול x דומה לזו שנצפתה עבור LiSES עשוי biphenyl וכן נפטלין 1, 2 .There הוא גידול ראשוני במוליכות עם עלייה של Li: יחס PAH מ…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים במימון משרד סינגפור של קרן המחקר החינוך Tier 2 (פרויקט MOE2013-T2-2-002) עבור פרויקט זה.

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

References

  1. Tan, K. S., Yazami, R. Physical-Chemical and Electrochemical Studies of the Lithium Naphthalenide Anolyte. Electrochim Acta. 180, 629-635 (2015).
  2. Tan, K. S., Grimsdale, A. C., Yazami, R. Synthesis and Characterisation of Biphenyl-Based Lithium Solvated Electrons Solutions. J Phys Chem B. 116, 9056-9060 (2012).
  3. Rinaldi, A., Tan, K. S., Wijaya, O., Wang, Y., Yazami, R., Menictas, C., Skyllas-Kazacos, M., Lim, T. M., Hughes, S. Ch. 11. Advances in batteries for large- and medium-scale energy storage applications in power systems and electric vehicles. , (2014).
  4. Wang, Y., Tan, K. S., Yazami, R. . Materials Challenges In Alternative & Renewable Energy (MCARE 2014). , (2014).
  5. Yazami, R., Tan, K. S. . in 8th annual Li Battery Power. , (2012).
  6. Yazami, R. Hybrid Electrochemical Generator With A Soluble Anode. US patent. , (2010).
  7. Yazami, R., Tan, K. S. Liquid Metal Battery. US patent. , (2015).
  8. Lim, Z. B., et al. Synthesis and assessment of new cyclopenta-2,4-dienone derivatives for energy storage applications. Synthetic Met. 200, 85-90 (2015).
  9. Butterfield, A. M., Gilomen, B., Siegel, J. S. Kilogram-Scale Production of Corannulene. Org. Process Res. Dev. 16, 664-676 (2012).
  10. Elmorsy, S. S., Pelter, A., Smith, K. The direct production of tri- and hexa-substituted benzenes from ketones under mild conditions. Tetrahedron Lett. 32, 4175-4176 (1991).
  11. Zabula, A. V., Filatov, A. S., Spisak, S. N., Rogachev, A. Y., Petrukhina, M. A. A Main Group Metal Sandwich: Five Lithium Cations Jammed Between Two Corannulene Tetraanion Decks. Science. 333, 1008-1011 (2011).

Play Video

Cite This Article
Tan, K. S., Lunchev, A. V., Stuparu, M. C., Grimsdale, A. C., Yazami, R. 1,3,5-Triphenylbenzene and Corannulene as Electron Receptors for Lithium Solvated Electron Solutions. J. Vis. Exp. (116), e54366, doi:10.3791/54366 (2016).

View Video