リチウム溶媒和電子ソリューションのための電子受容体として1,3,5-トリフェニルベンゼンとコランニュレン
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
著者らは、リチウム溶媒和電子溶液（LiSES）で行っ伝導研究について報告する電子受容体として、多環芳香族炭化水素（PAH）の2つのタイプ、すなわち、1,3,5-トリフェニル及びコランニュレンを用いて調製。固体のPAHは、第一の溶液を形成するために、テトラヒドロフラン（THF）に溶解しました。金属リチウムは、次に青または緑がかった青色の溶液、溶媒和電子の存在を示す色のいずれかを生成するために、これらのPAH / THF溶液に溶解しました。リーで表される1,3,5-トリフェニルベンゼン系LiSESで行わ周囲温度における導電率の測定は、TPB（THF）のxは 24.7（X = 1、2、3、4）、リチウムの増加に伴って導電率の増加を示しました。 X = 1から2にPAH比しかし、導電性が徐々にさらに割合を増加させる時に減少しました。実際、李の導電率は、x = 4のためのTPB（THF）24.7を X X用よりもさらに低くなっています</eM> = 1このような挙動は、ビフェニルおよびナフタレンから調製し、以前に報告LiSESと同様です。リーで表さコランニュレンベースLiSES、上の温度測定値に対する導電率は、247（x = 1、2、3、4、5）、金属ビフェニルと類似の挙動及びナフタレンを示し、負の勾配を有する線形関係を示したコー（THF）にxはベースLiSES。
Introduction
リチウム溶媒和電子溶液（LiSES）は、潜在的に燃料補給リチウム電池1-7における液体アノードとして利用することができ、このようなビフェニルおよびナフタレンなどの単純な二環多環芳香族炭化水素（PAH）を用いて調製しました。 LiSESでは、これらの単純なPAH分子が溶解した金属リチウムから溶媒和電子のための電子受容体としての役割を果たしました。
これらの二環系から進んで、著者はそれ以来、シクロペンタ-2,4-ジエノン誘導体8のグループで開始し、より複雑なのPAHを用いて調製されるLiSES上の導電率測定の研究を行ってきました。これらのPAHは、その芳香環に組み込まれた置換基を持つ大規模のPAH（> 2つのベンゼン環）とのPAHが含まれます。二つ以上の環を有する大きいPAH分子をより高いエネルギー密度を有するLiSESもたらすビフェニルまたはナフタレンのいずれよりもPAH分子あたりのリチウム原子を収容することが期待されます。 introducの目的PAH類に置換基をると、PAHがより容易に電子を受け入れ、LiSESでポリアニオンとしてより安定になるようにすることです。
高いエネルギー密度を持つLiSESを開発するための継続的な努力の一環として、本稿ではTPBが若干修正された文献10によって合成され、文献の手順9と同様に1,3,5-トリフェニルベンゼン製のコランニュレンから調製LiSESの特性について報告します。 1,3,5-トリフェニルは、 図1に示すように、（1）、同じ環の位置3及び5の2つの追加のフェニル環を有するビフェニル誘導体として分類することができます。この分子は、4つのベンゼン環を有しているので、それはよりビフェニルために以下である分子当たりのLiの4個の原子を取り込む必要があり、ナフタレン（0.5 M溶液中のPAH当たりのLiの最大2.5モル当量）（<分子当たりのリチウムの2.5モル当量） 。
コランニュレンは、 図1に示すように、PAHは、椀状に配置された5-リング（2）。 Zabula ら 11コランニュレンの二つの安定tetraanionsの間に挟まれた5 Li +イオンを有する溶液を形成するコランニュレン/テトラヒドロフラン（THF）の溶液中に金属リチウムを溶解することの実現可能性を実証しました。
図1：1,3,5-トリフェニルは、同じ環の位置3及び5の2つの追加のフェニル環とビフェニル誘導体として分類される（1）及びコランニュレン（2）1,3,5-トリフェニルの分子構造 。コランニュレンは椀状に配置され、その5ベンゼン環と5員環PAHである。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
このように、1,3,5-トリフェニルベンゼンとコランニュレン両方は、高エネルギーの潜在的な候補であります密度LiSES。
Protocol
Representative Results
Discussion
1,3,5-トリフェニルベンゼンベースLiSESの場合は、光色のサンプルは、それが溶媒和電子の濃度が低いことを示しています。 LiがTPB（THF）24.7を （X = 1、2、3、4の場合）ビフェニルおよびナフタレン1から作らLiSESについて見られたものと同様のX対の導電性の挙動を示す、2 .Thereは、導電性の初期増加とはxは 1から2へのPAH比、さらに李1 TPB（THF）…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、このプロジェクトのための教育のTier 2研究基金（プロジェクトMOE2013-T2-2-002）のシンガポール省からの資金調達を認めます。
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
- Tan, K. S., Yazami, R. Physical-Chemical and Electrochemical Studies of the Lithium Naphthalenide Anolyte. Electrochim Acta. 180, 629-635 (2015).
- 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).
- 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).
- Wang, Y., Tan, K. S., Yazami, R. . Materials Challenges In Alternative & Renewable Energy (MCARE 2014). , (2014).
- Yazami, R., Tan, K. S. . in 8th annual Li Battery Power. , (2012).
- Yazami, R. Hybrid Electrochemical Generator With A Soluble Anode. US patent. , (2010).
- Yazami, R., Tan, K. S. Liquid Metal Battery. US patent. , (2015).
- 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).
- Butterfield, A. M., Gilomen, B., Siegel, J. S. Kilogram-Scale Production of Corannulene. Org. Process Res. Dev. 16, 664-676 (2012).
- 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).
- 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).
