ADF Highlight:仿生高容量吩嗪基阳极的水系有机氧化还原液流电池(Nature Energy, 2018)

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文献资料:

Aaron Hollas, Xiaoliang Wei, Vijayakumar Murugesan, Zimin Nie, Bin Li, David Reed, Jun Liu, Vincent Sprenkle & Wei Wang, A biomimetic high-capacity phenazine-based anolyte for aqueous organic redox flow batteries, Nature Energy, 3, 508–514 (2018)

水溶性有机(ASO)氧化还原活性材料,作为氧化还原液流电池(RFB)中传统过渡金属离子的替代品,近期备受关注。然而ASO可逆容量往往显著低于报道的理论最大值。本文中报道了一种吩嗪基ASO化合物,可逆容量超过其理论值的90%!通过修改吩嗪结构,使吩嗪的溶解度,相对原始吩嗪提高了1.8 M,氧化还原电位抬升超过400 mV。在接近饱和浓度下,RFB操作电压可达1.4 V,可逆阳极电解液容量为67 Ah L-1,500次循环中的每次循环的容量保持率为99.98%。

a,分子结构;b,溶剂化能(y1轴)以及吩嗪及其衍生物的势(x轴),溶剂化能由上图b中的色条表示,通过内置的COSMO模型,进行结构优化得到,b中y2轴为伏安循环图中的电流,铁/铁氰化物在NaOH中为8.5 mM(实线),其中NaOH背景为1 M(点线),使用玻璃碳电极测量于100 mVs-1

 

吩嗪和溶剂化能计算值最高的候选分子的库伦势分布。该曲面为密度等值面,曲面的颜色为库伦势在该曲面上的分布情况,其中红色和蓝色分别代表分子的富电子、缺电子区域。

DFT计算细节:使用软件版本ADF2017,色散修正杂化泛函B3LYP-D3,AUG > ATZ2P基组(Frozen Core:none)。溶剂化方面:使用COSMO溶剂化模型,使用水作为溶剂计算溶剂化能。

 
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