Caratterizzazione magnetometrica di intermedi nell'elettrochimica allo stato solido di strutture metallo-organiche redox-attive

Riepilogo

Le indagini magnetiche ex situ possono fornire direttamente informazioni di massa e locali su un elettrodo magnetico per rivelare il suo meccanismo di accumulo della carica passo dopo passo. Qui, la risonanza di spin elettronico (ESR) e la suscettibilità magnetica sono dimostrate per monitorare la valutazione delle specie paramagnetiche e la loro concentrazione in una struttura metallo-organica redox-attiva (MOF).

Abstract

L'accumulo di energia elettrochimica è stata un'applicazione ampiamente discussa delle strutture metallo-organiche redox-attive (MOF) negli ultimi 5 anni. Sebbene i MOF mostrino prestazioni eccezionali in termini di capacità gravimetrica o areale e stabilità ciclica, purtroppo i loro meccanismi elettrochimici non sono ben compresi nella maggior parte dei casi. Le tecniche spettroscopiche tradizionali, come la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la struttura fine di assorbimento dei raggi X (XAFS), hanno fornito solo informazioni vaghe e qualitative sui cambiamenti di valenza di alcuni elementi, e i meccanismi proposti sulla base di tali informazioni sono spesso altamente discutibili. In questo articolo, riportiamo una serie di metodi standardizzati, tra cui la fabbricazione di celle elettrochimiche a stato solido, misure elettrochimiche, lo smontaggio di celle, la raccolta di intermedi elettrochimici MOF e misurazioni fisiche degli intermedi sotto la protezione di gas inerti. Utilizzando questi metodi per chiarire quantitativamente l'evoluzione dello stato elettronico e di spin all'interno di un singolo passaggio elettrochimico dei MOF redox-attivi, si può fornire una chiara visione della natura dei meccanismi di accumulo di energia elettrochimica non solo per i MOF, ma anche per tutti gli altri materiali con strutture elettroniche fortemente correlate.

Introduzione

Da quando il termine struttura metallo-organica (MOF) è stato introdotto alla fine degli anni 1990, e in particolare negli anni 2010, i concetti scientifici più rappresentativi riguardanti i MOF sono sorti dalla loro porosità strutturale, tra cui l'incapsulamento ospite, la separazione, le proprietà catalitiche e il rilevamento delle molecole 1,2,3,4 . Nel frattempo, gli scienziati si sono rapidamente resi conto che è essenziale per i MOF possedere proprietà elettroniche sensibili agli stimoli per integrarli nei moderni dispositivi intellige....

Protocollo

1. Fabbricazione di elettrodi

1. Sintetizzare Cu-THQ MOF
   NOTA: La polvere policristallina Cu-THQ MOF è stata sintetizzata tramite un metodo idrotermale seguendo le procedure precedentemente pubblicate 14,20,23.
   1. Mettere 60 mg di tetraidrossichinone in una fiala da 20 ml, quindi aggiungere 10 ml di acqua degassata. In un flaconcino di vetro separato, sciogliere 110 mg di nitrato di rame (II) triidrato in altri 10 ml di acqua degassata. Aggiungere 46 μL del legante etilendiammina concorrente usando una pipetta.
      NOTA: Per degassare l'....

Discussione

Per produrre catodi, è necessario mescolare il materiale attivo con carbonio conduttivo per ottenere una bassa polarizzazione durante il processo elettrochimico. L'additivo al carbonio è il primo punto critico per la magnetometria ex situ ; se il carbonio ha difetti radicalici, l'emergere del radicale organico indotto elettrochimicamente non può essere osservato nello spettro ESR. Ciò rende difficile determinare con precisione la concentrazione di spin o la concentrazione di radicali organici, poiché questi.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-Methyl-2-pyrrolidone	FUJIFILM Wako Chemicals	139-17611	Super Dehydrated
1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)	Kishida	LBG-96533	electrolyte
4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl	FUJIFILM Wako Chemicals	089-04191	TEMPOL, for Spin Labeling
Ampule tube	Maruemu Corporation	5-124-05	20mL
Carbon black, Super P Conductive	Alfa Aesar	H30253
Conductive Carbon Black	Mitsubishi Chemical
Copper (II) Nitrate Trihydrate	FUJIFILM Wako Chemicals	033-12502	deleterious substances
Dimethyl Carbonate	FUJIFILM Wako Chemicals	046-31935	battery grade
Ethylenediamine	FUJIFILM Wako Chemicals	053-00936	deleterious substances
Graphene Nanoplatelets	Tokyo Chemical Industry	G0442	6-8nm(thick), 15µm(wide)
Poly(vinylidene fluoride)	Sigma Aldrich	182702
Potassium Bromide	FUJIFILM Wako Chemicals	165-17111	for Infrared Spectrophotometry
Sodium Alginate	FUJIFILM Wako Chemicals	199-09961	500-600 cP
SQUID Magnetometer	Quantum Design	MPMS-XL 5
Tetrahydroxy-1,4-benzoquinone Hydrate	Tokyo Chemical Industry	T1090
X-Band ESR	JEOL	JES-F A200