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

Резюме

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).

Аннотация

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.

Введение

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....

протокол

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....

Результаты

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 получе?.......

Обсуждение

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 п.......

Материалы

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