Method Article
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.
واضعو التقرير على دراسات الموصلية التي أجريت على الليثيوم الإذابة بالإكترونات حلول الإلكترون (LiSES) أعدت باستخدام نوعين من الهيدروكربونات العطرية المتعددة (الهيئة العامة للإسكان)، وهي 1،3،5-triphenylbenzene وcorannulene، كما مستقبلات الإلكترون. تم حل هذه الكربوهيدرات الصلبة لأول مرة في رباعي هيدرو الفوران (THF) لتكوين محلول. ثم حل الليثيوم المعدني إلى هذه الحلول الهيئة العامة للإسكان / THF أن تسفر إما الأزرق أو الأخضر حلول الزرقاء، والألوان التي تدل على وجود الإلكترونات الإذابة بالإكترونات. قياسات الموصلية في درجة الحرارة المحيطة التي أجريت على LiSES 1،3،5-triphenylbenzene القائم، تدل لى اكس TPB (THF) 24.7 (س = 1، 2، 3، 4)، أظهرت زيادة التوصيل مع زيادة لي: نسبة الهيئة العامة للإسكان من س = 1 إلى 2. ومع ذلك، انخفض التوصيل تدريجيا على مواصلة زيادة النسبة. والواقع أن الموصلية لى س TPB (THF) 24.7 ل x = 4 هو أقل حتى من لس س كو (THF) 247 (س = 1، 2، 3، 4، 5)، وأظهرت علاقات خطية مع المنحدرات السلبية، مما يدل على أن السلوك معدني مماثل لثنائي الفينيل وnaphthalene- LiSES مقرها.
الليثيوم حلول الإذابة بالإكترونات (LiSES) أعدت باستخدام يحتمل أن الهيدروكربونات بسيطة يومين حلقة العطرية المتعددة (الهيئة العامة للإسكان) مثل ثنائي الفينيل والنفثالين استخدامها كما الأنودات السائلة في خلايا الليثيوم refuelable 1-7. في LiSES، شكلت هذه الجزيئات الهيئة العامة للإسكان بسيطة مثل مستقبلات الإلكترون للإلكترونات الإذابة بالإكترونات من الليثيوم المعدني المنحل.
تتقدم من هذين النظامين الدائري، ومنذ ذلك الحين قام الكتاب بدراسات قياس الموصلية على LiSES التي تعد باستخدام متعددة الحلقات أكثر تعقيدا، بدءا من مجموعة من المشتقات مشتقاق-2،4-dienone 8. وتشمل هذه متعددة الحلقات متعددة الحلقات أكبر (> حلقتين من البنزين) ومتعددة الحلقات مع بدائل دمجها في حلقاتها العطرية. ومن المتوقع أن تستوعب أكثر من ذرات الليثيوم في جزيء الهيئة العامة للإسكان من أي ثنائي الفينيل أو النفثالين مما أدى إلى LiSES مع كثافة طاقة أعلى جزيء الهيئة العامة للإسكان أكبر مع أكثر من حلقتين. الهدف من introducجي بدائل في متعددة الحلقات هو جعل الهيئة العامة للإسكان استعرض الإلكترونات بسهولة أكبر ويصبح أكثر استقرارا كما polyanions في LiSES.
كجزء من الجهود المستمرة لتطوير LiSES مع كثافة طاقة أعلى، وهذه الورقة تقريرا عن توصيف LiSES أعدت من corannulene التي الإجراء الأدب 9 وكذلك 1،3،5-triphenylbenzene، TPB توليفها من قبل الأدب معدلة بشكل طفيف 10 . 1،3،5-triphenylbenzene، كما هو مبين في الشكل رقم 1 (1)، ويمكن أن تصنف على أنها مشتق ثنائي الفينيل مع اثنين من حلقات فينيل إضافية في مناصب 3 و 5 من نفس العصابة. وبما أن هذا الجزيء أربع حلقات البنزين، يجب أن امتصاص 4 ذرات لي في جزيء، وهو ما يزيد عن ثنائي الفينيل (بحد أقصى 2.5 حكمه الخلد من لي في الهيئة العامة للإسكان في 0.5 M الحل) والنفثالين (<2.5 حكمه الخلد الليثيوم في جزيء) .
Corannulene هو خاتم خمس سنوات رتبت الهيئة العامة للإسكان في شكل وعاء كما هو مبين في الشكل 1 (2). وقد أثبتت Zabula وآخرون. (11) وجدوى حل الليثيوم معدني في محلول corannulene / رباعي هيدرو الفوران (THF) لتكوين محلول مع خمسة أيونات ليثيوم + تقع بين اثنين من tetraanions مستقرة من corannulene.
الشكل 1: الهياكل الجزيئية 1،3،5-triphenylbenzene (1) وcorannulene (2) تصنف 1،3،5-triphenylbenzene كما مشتق ثنائي الفينيل مع اثنين من حلقات فينيل إضافية في مناصب 3 و 5 من نفس العصابة. . Corannulene هو الهيئة العامة للإسكان خمسة الدائري مع حلقات البنزين الخمسة رتبت في شكل وعاء. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
وهكذا، على حد سواء 1،3،5-triphenylbenzene وcorannulene من المرشحين المحتملين للحصول على الطاقة العاليةLiSES الكثافة.
1. إجراء التحضير لل1،3،5-Triphenylbenzene (1)
2. LiSES إعداد مع 1،3،5-Triphenylbenzene
3. Corannulene
التفاعل بين كميات متنوعة من الليثيوم ومخاليط 1،3،5-triphenylbenzene مع THF يعطي الحلول زرقاء اللون الأزرق أو الأخضر عميقة كما هو مبين في الشكل 2، أما اللون الفاتح يشير إلى أن عينة معينة من LiSES لديها تركيز منخفض من الإلكترونات الإذابة بالإكترونات. يدل 1،3،5-triphenylbenzene زيادة التوصيل مع زيادة لي: نسبة الهيئة العامة للإسكان 1-2 في 0.5 M حل THF (الجدول 1). ومع ذلك، يقلل قيمة التوصيل تدريجيا على مزيد من زيادة نسبة المولي. قيمة التوصيل للي: الهيئة العامة للإسكان = 4 أقل حتى من للي: الهيئة العامة للإسكان = 1. يشبه هذا السلوك إلى أن ينظر لLiSES مصنوعة من الفينيل والنفثالين 1 و 2.
مكافئ الخلد. من لي في 1 | 1 | 2 | 3 | 4 |
الموصلية (MS /سم) | 1.69 | 2.04 | 1.62 | 1.33 |
الجدول 1: قراءات حرارة (في ملي / سم) للي SES أعدت باستخدام لي س TPB (THF) 24.7 (س = 1، 2، 3، 4) لي س TPB (THF) 24.7 يعني 0.5 M حل فرع منع الإرهاب في. THF مع مختلف نسبة الخلد لي.
الشكل 2: بعد كل معدنية لى ان يذوب في فرع منع الإرهاب (THF) 24.7، وألوان لي اكس TPB (THF) 24.7 تراوحت من اللون الأزرق الفاتح (ل x = 1) إلى الأزرق الداكن جدا (ل x = 4) أخف وزنا. لون يدل على تركيز أقل من الإلكترونات الإذابة بالإكترونات في فرع منع الإرهاب (THF) 24.7 حل. هذا المعرض صورةحل سا لى 3 TPB (THF) 24.7 ل x = 3 الذي يحتوي على اللون الأزرق الداكن. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
لLiSES أساس كو، عندما تكون جميع المعدنية لي (ل x = 1، 2، 3، 4، 5) قد حلت في كو (THF) 247، وتراوحت ألوان LiSES من الأخضر (ل x = 1) ل اللون الأخضر الداكن جدا (ل x = 5). كما كان تركيز كو في THF منخفض جدا (0.05 م)، وكان التوسع حجم محلول مقابل مبلغ كو الذائبة في THF يكاد يذكر. تم حله تغير لونها من الحل كما الليثيوم المعدني على مدى 24 ساعة لتشكيل لى 3.0 كو (THF) 247 هو مبين في الشكل (3). اللون الحل لتغير من عديم اللون في تي = 0 ساعة للضوء الأخضر وأخيرا إلى الظلام الأخضر عندما كان كل الليثيوم المنحل. وDEPENDE درجات الحرارةالامتحانات التنافسية الوطنية التوصيل من لي س كو (THF) 247 حلول (س = 1، 2، 3، 4 و 5) في درجات حرارة تتراوح بين 284 ك إلى 298 ك يرد في الشكل (4). الموصلية مقابل ملامح درجة الحرارة ويظهر اتجاه خطي بين σ وتي لجميع العينات الخمس مع كل ملف وجود ميل سلبي. ثم يتم استخدام البيانات لحساب كل من σ الموصلية 0 في تي 0 وα معامل درجة الحرارة عن الجدول 2.
الرقم 3: ثلاث صور في الشكل (3) مرتبة حسب التسلسل الزمني تظهر تغير لون المحلول ليثيوم 3.0 كو (THF) 247 كما يذوب المعدنية لى فى كو (THF) 247 أكثر من 24 ساعة الألوان تتراوح بين عديم اللون عندما يكون. وأضاف المعدنية لي أولا (في تي = 0 ساعة) إلى اللون الأخضر الفاتح (في < م> ر = 1 ساعة) عند حل بعض لي وأخيرا إلى اللون الأخضر الداكن (في تي = 24 ساعة) بعد كل ما حل لي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 4: الموصلية مقابل قياسات درجات الحرارة للي س كو (THF) 247 حلول (س = 1، 2، 3، 4 و 5) لدرجات حرارة تتراوح بين 284 ك إلى 298 ك، والتي تظهر الاتجاهات الخطية لجميع العينات 5 (خ = 1، 2، 3، 4 و 5) مع التدرجات السلبية. وتشير التدرجات السلبية أن جميع هذه العينات سلوكا المعدني. وتستخدم الموصلية مقابل بيانات درجة حرارة هذه العينات 5 لحساب كل من σ الموصلية 0 في تي 0 ودرجة الحرارة معامل α عن الجدول 2.ام / ملفات / ftp_upload / 54366 / 54366fig4large.jpg "الهدف =" _ فارغة "> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
س | σ 0 (10 2 ميكرو ثانية / سم) | α (10 -2 ك -1) |
1 | 1.25 | 5.36 |
2 | 2.77 | 3.79 |
3 | 0.23 | 21.7 |
4 | 1.04 | 4.44 |
5 | 1.45 | 4.20 |
الجدول 2: σ 0 وα للي س كو (THF) 247 (ل x= 1، 2، 3، 4، 5) على أساس المعادلة (1). σ 0 وα يتم الحصول كلا من الموصلية مقابل بيانات درجة حرارة الشكل 4. أظهرت النتائج في هذا الجدول تشير إلى الاعتماد 'س' على حد سواء σ 0 وα.
لLiSES أساس 1،3،5-triphenylbenzene، عينة مع لون فاتح وتبين أنه يحتوي على تركيز منخفض من الإلكترونات الإذابة بالإكترونات. لي س TPB (THF) 24.7 (ل x = 1، 2، 3، 4) يدل على السلوك في التوصيل لها مقابل س مماثلة لتلك التي شوهدت لLiSES مصنوعة من الفينيل والنفثالين 1 و 2. هناك زيادة أولية في التوصيل مع زيادة لي: نسبة الهيئة العامة للإسكان 1-2 وانخفاض لاحق في التوصيل على الأمر الذي يزيد من نسبة المولي ل3 و 4، مع قيمة التوصيل من لي 4 TPB (THF) 24.7 أقل حتى من للي 1 TPB (THF) 24.7.
من الشكل (4)، ويمكن أن نرى أن العلاقة بين σ و T خطية لجميع العينات الخمس وكل ملف لديه ميل سلبي. وهذا يدل على أن لي س كو (THF) 247 المعارض سلوك معدنية مماثلة لتلك التي في كل من ثنائي الفينيل وLiSES القائم على النفثالين 1،2. العلاقة بين σ (ميكرو ثانية / سم) و T (K) لللي اكس كو (THF) 247 يمكن التعبير عنها على النحو التالي:
σ (خ، ر) = σ 0 [1-α (T - T 0)] (1)
حيث σ 0 الموصلية هو في تي 0 وα هو معامل درجة الحرارة وسواء من حيث هم "س" التابعة. وتعرض البيانات الخاصة لجميع التشكيلات الخمس في الجدول 2.
والتوصيلات منخفضة من جميع العينات الخمس، وتقاس في حدود 10 2 ميكرو ثانية / سم بدلا من ملي / سم ويمكن أن يعزى ذلك إلى حقيقة أن لي س كو (THF) 247 الحلول كلها تضعف جدا في THF بالمقارنة مع LiSES أن واضعي درسوا في وقت سابق على أساس ثنائي الفينيل والنفثالين.
كما LiSES كلاهما الأوكسجين والرطوبة الحساسة، موالحادي والخطوات الحاسمة في التجارب مع LiSES هي على النحو التالي. 1) أولا، تأكد من أن كلا من عمليات إعداد LiSES وقياسات التوصيل يتم تنفيذها بالكامل داخل صندوق قفازات مليئة الأرجون لمنع الاتصال من LiSES مع الرطوبة والأوكسجين. وذلك لأن الاتصال مع أي رطوبة أو الأكسجين سيؤدي إلى LiSES يجري تحييد لتشكيل هيدروكسيدات وأكاسيد لي والتي هي غير صالحة للالإذابة الإلكترونات وتضر الموصلية. 2) ثانيا، تأكد من أن كل عينة المعبأة في زجاجات من LiSES ليست على اتصال مع أي رطوبة أو الأكسجين عندما يؤخذ بها للتبريد في الثلج الجاف.
وهناك تعديل للطريقة الحالية لاثارة الحلول هو استخدام البورسليكات محرك مغناطيسي حسب الطلب المغلفة الزجاج لإعداد LiSES بدلا من استخدام تفلون المغلفة (C 2 F 4) ن تلك التي هي متاحة بسهولة في السوق. و(C 2 F 4) ن يتفاعل على اتصال مع التقىallic لي وLiSES لإعطاء C والليثيوم. بصريا، فإن النمام تحولت الأسود (تبقى الكربون على النمام) وسيكون قد ذهب أيونات F في LiSES كما الليثيوم وتؤثر على قياسات التوصيل. كما الكربون التي يسهل اختراقها، وزيادة استخدام النمام الآن الكربون المغلفة لاثارة LiSES المستقبل إدخال الحديد (من المغناطيس) في الحلول.
استخدام النمامون المغلفة الزجاج مخصصة لإعداد LiSES بدلا من النمامون المغلفة تفلون مهم جدا. على الرغم من أن هذا يمكن التغاضي كعملية بسيطة والعصي تفلون أو النمامون المغلفة تفلون تحول الأسود بعد الاستعمال أسود اللون يمكن أن يكون بسهولة خاطئة على أنه تم القذرة التي كتبها عملية التحريك دون إدراك أن 1) الليثيوم تتشكل مع F تجريده من البوليمر من قبل LiSES والمختلط في الحل و 2) أن اللون الأسود يشير في الواقع إلى أضرار لا رجعة فيها للطلاء البوليمر تتحول إلى الكربون. ومن هنا طريقة القائمة على استخدام تفلون المغلفة الواحدirrers لا يعمل من أجل إعداد LiSES.
استكشاف أخطاء تقنية لLiSES التبريد تتم للتأكد من أن كل واحد من عينة LiSES لا تجميد الصلبة أثناء التبريد ولكن بدلا من ذلك تبرد تماما إلى حوالي 10 درجة مئوية في الثلج الجاف. خلاف ذلك، سوف يضيع الوقت في انتظار LiSES المجمدة لتذويب في صندوق قفازات. ويتحقق ذلك عن طريق التجربة والخطأ في توقيت (الأمثل: 30 دقيقة) منذ الزجاجات لا يمكن أن تفض لقياس درجة حرارة LiSES خارج صندوق قفازات.
هناك ثلاثة قيود للتجارب LiSES. أولا، لأن LiSES كلاهما حساسة لكلا الرطوبة والأكسجين، ويجب أن يقتصر الاستعدادات من العينات LiSES وقياسات التوصيل للبيئة الأرجون داخل صندوق قفازات. معظم أجهزة التوصيل القياس المتاحة هي ضخمة ولا يستطيع لاءمت داخل صندوق قفازات. تفترض الشركات المصنعة لهذه الأجهزة أن عينات المستخدم ليست حساسة للهواء. ومن هنا جاءت شركة طيران الشرق الأوسط الموصليةوقدمت surements صفها في هذه الورقة باستخدام مقياس المحمولة والتحقيق. ثانيا، كما هو موضح في القسم بروتوكول للتجربة التبريد، وتبريد العينات إلى حوالي 10 درجة مئوية قبل نقله إلى داخل صندوق قفازات. هذه الحرارة هو تقدير لأن زجاجات لا يمكن أن تفض خارج صندوق قفازات لقياس درجة الحرارة. ثالثا، الحد من تجارب مع كو الهيئة العامة للإسكان هو أنه من الصعب جدا الحصول على كمية كبيرة من كور في ظروف المختبر على عكس ثنائي الفينيل أو النفتالين. هذا وسوف يستبعد إمكانية الحصول على كمية أكبر لإعداد محلول تركيز أعلى من كو في THF.
التطبيق مستقبلا من الأساليب المذكورة هنا هو دراسة الخصائص الفيزيائية والكهروكيميائية من LiSES إعدادها باستخدام أنواع أخرى من متعددة الحلقات وذلك لتحديد المرشح المثالي كما الليثيوم الإذابة بالإكترونات الإلكترونات حل مادة الأنود لدرجة حرارة الغرفة LiSES القابلة لإعادة التعبئة البطاريات.
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
ويقر الكتاب بتمويل من وزارة سنغافورة من صندوق أبحاث المستوى 2 التعليم (مشروع MOE2013-T2-2-002) لهذا المشروع.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Tetrahydrofuran Anhydrous, ≥99.9%, Inhibitor-free | Sigma Aldrich | 401757-100ML | |
Lithium Foil | Alfa Aesar | 010769.14 | |
Cond 3310 Conductivity Meter | WTW | Not Applicable | |
1,3,5-triphenylbenzene | Synthesized from acetophenone according to procedure described in literature | ||
Silicon tetrachloride | Sigma Aldrich | 215120-100G | |
acetophenone | TCI | A0061-500g | |
Ethanol | Merck Millipore | 1.00983.2511 | |
Corannulene | Synthesized by literature procedure |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved