Method Article

Redoks-Aktif Metal-Organik Çerçevelerin Katı Hal Elektrokimyasında Ara Ürünlerin Manyetometrik Karakterizasyonu

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

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

Ex situ manyetik araştırmalar, yük depolama mekanizmasını adım adım ortaya çıkarmak için manyetik elektrot üzerinde doğrudan toplu ve yerel bilgiler sağlayabilir. Burada, elektron spin rezonansı (ESR) ve manyetik duyarlılığın, paramanyetik türlerin değerlendirilmesini ve konsantrasyonlarını redoks-aktif metal-organik bir çerçevede (MOF) izlemek için gösterildiği gösterilmiştir.

Abstract

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

Elektrokimyasal enerji depolama, son 5 yılda redoks-aktif metal-organik çerçevelerin (MOF'ler) yaygın olarak tartışılan bir uygulaması olmuştur. MOF'lar gravimetrik veya alansal kapasitans ve döngüsel stabilite açısından olağanüstü performans göstermelerine rağmen, ne yazık ki elektrokimyasal mekanizmaları çoğu durumda iyi anlaşılmamıştır. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve X-ışını absorpsiyon ince yapısı (XAFS) gibi geleneksel spektroskopik teknikler, yalnızca belirli elementlerin değerlik değişiklikleri hakkında belirsiz ve nitel bilgiler sağlamıştır ve bu bilgilere dayanarak önerilen mekanizmalar genellikle oldukça tartışmalıdır. Bu makalede, katı hal elektrokimyasal hücrelerinin imalatı, elektrokimya ölçümleri, hücrelerin sökülmesi, MOF elektrokimyasal ara ürünlerinin toplanması ve inert gazların korunması altındaki ara ürünlerin fiziksel ölçümleri dahil olmak üzere bir dizi standartlaştırılmış yöntem sunulmuştur. Redoks aktif MOF'ların tek bir elektrokimyasal adımında elektronik ve spin durumu evrimini nicel olarak açıklığa kavuşturmak için bu yöntemleri kullanarak, sadece MOF'lar için değil, aynı zamanda güçlü bir şekilde ilişkili elektronik yapılara sahip diğer tüm malzemeler için elektrokimyasal enerji depolama mekanizmalarının doğası hakkında net bir fikir edinilebilir.

Introduction

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

Metal-organik çerçeve (MOF) terimi 1990'ların sonlarında ve özellikle 2010'larda tanıtıldığından beri, MOF'larla ilgili en temsili bilimsel kavramlar, konuk kapsülleme, ayırma, katalitik özellikler ve molekül algılama 1,2,3,4 dahil olmak üzere yapısal gözenekliliklerinden kaynaklanmaktadır . Bu arada, bilim adamları, MOF'ların modern akıllı cihazlara entegre etmek için uyaranlara duyarlı elektronik özelliklere sahip olmalarının gerekli olduğunu fark etmekte hızlıydılar. Bu fikir, son 10 yılda iletken iki boyutlu (2D) MOF ailesinin ortaya çık....

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

Protocol

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

1. Elektrot imalatı

  1. Cu-THQ MOF sentezi
    NOT: Cu-THQ MOF polikristalin tozu, daha önce yayınlanmış 14,20,23 prosedürlerini takiben hidrotermal bir yöntemle sentezlenmiştir.
    1. 20 mL'lik bir ampulün içine 60 mg tetrahidroksikinon koyun, ardından 10 mL gazdan arındırılmış su ekleyin. Ayrı bir cam şişede, 110 mg bakır (II) nitrat trihidratı başka bir 10 mL gazdan arındırılmış su içinde çözün. Bir pipet kullanarak rakip ligand etilendiaminden 46 μL ekleyin.
      NOT: Deiyonize suyun gazını gidermek için, kullanmadan önce azot gazını 30 dakik....

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

Results

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

Önceki çalışmamız, elektrokimyasal olarak döngülü CuTHQ20 için ex situ ESR spektroskopisi ve ex situ manyetik duyarlılık ölçümlerinin ayrıntılı bir tartışmasını içeriyordu. Burada, bu yazıda açıklanan protokolü takiben elde edilebilecek en temsili ve ayrıntılı sonuçları sunuyoruz.

figure-results-1
Şekil 2:.......

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

Discussion

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

Katot üretmek için, elektrokimyasal işlem sırasında düşük polarizasyon elde etmek için aktif malzemeyi iletken karbon ile karıştırmak gerekir. Karbon katkı maddesi, ex situ manyetometri için ilk kritik noktadır; karbonun radikal kusurları varsa, elektrokimyasal olarak indüklenen organik radikalin ortaya çıkışı ESR spektrumunda gözlenemez. Bu, spin konsantrasyonunu veya organik radikal konsantrasyonunu kesin olarak belirlemeyi zorlaştırır, çünkü bu iki tip radikal benzer g-değerlerine sahiptir ve ESR çizgileri üs.......

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

Disclosures

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

Yazarların beyan edecekleri çıkar çatışmaları yoktur.

Acknowledgements

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

Bu çalışma, Japonya Bilimi Geliştirme Derneği (JSPS) KAKENHI Grant (JP20H05621) tarafından desteklenmiştir. Z. Zhang ayrıca Tatematsu Vakfı'na ve Toyota Riken bursuna finansal destek için teşekkür eder.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1-Metil-2-pirolidonFUJIFILM Wako Kimyasalları139-17611Süper Susuz
1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/h%)KishidaLBG-96533elektrolit
4-Hidroksi-2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-oksilFUJIFILM Wako Kimyasalları089-04191TEMPOL, Spin Etiketleme için 
Ampul tüpüMaruemu Corporation5-124-0520mL
Karbon siyahı, Süper P İletkenAlfa AesarH30253
İletken Karbon SiyahıMitsubishi Kimyasal
Bakır (II) Nitrat TrihidratFUJIFILM Wako Kimyasalları033-12502zararlı maddeler
Dimetil KarbonatFUJIFILM Wako Kimyasalları046-31935pil sınıfı
EtilendiaminFUJIFILM Wako Kimyasalları053-00936zararlı maddeler
Grafen NanoplateletlerTokyo Kimya EndüstrisiG04426-8nm (kalın), 15 ve mikro; m (geniş)
Poli (viniliden florür)Sigma Aldrich182702
Potasyum BromürFUJIFILM Wako Kimyasalları165-17111Kızılötesi Spektrofotometri
için Sodyum Aljinat ve nbsp;FUJIFILM Wako Kimyasalları199-09961500-600 cP
SQUID ManyetometreKuantum TasarımıMPMS-XL 5
Tetrahidroksi-1,4-benzokinon HidratTokyo Kimya EndüstrisiT1090
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