א דאנק פארן באזוכן nature.com. די בראַוזער ווערסיע וואָס איר ניצט האט באַגרענעצטע CSS שטיצע. פֿאַר דער בעסטער דערפאַרונג, רעקאָמענדירן מיר צו ניצן די לעצטע בראַוזער ווערסיע (אָדער אויסלעשן קאָמפּאַטיביליטי מאָדע אין אינטערנעט עקספּלאָרער). דערצו, צו ענשור ווייטערדיקע שטיצע, וועט די וועבזייטל נישט אַנטהאַלטן סטילן אָדער דזשאַוואַסקריפּט.
צוליב דעם גרויסן צאָל נאַטריום רעסורס, רעפּרעזענטירן נאַטריום-יאָן באַטעריעס (NIBs) אַ פּראָמיסינג אַלטערנאַטיווע לייזונג פֿאַר עלעקטראָכעמישער ענערגיע סטאָרידזש. איצט, איז דער הויפּט שטערונג אין דער אַנטוויקלונג פון NIB טעכנאָלאָגיע דער מאַנגל פון עלעקטראָד מאַטעריאַלן וואָס קענען ריווערסאַבלי סטאָרידזש/באַפרייען נאַטריום יאָנען פֿאַר אַ לאַנגע צייט. דעריבער, איז די ציל פון דעם לערנען טעאָרעטיש צו אויספאָרשן דעם ווירקונג פון גליסערין צוגעבן אויף פּאָליוויניל אַלקאָהאָל (PVA) און נאַטריום אַלדזשינאַט (NaAlg) בלענדז ווי NIB עלעקטראָד מאַטעריאַלן. דעם לערנען פאָקוסירט אויף די עלעקטראָנישע, טערמישע און קוואַנטיטאַטיווע סטרוקטור-אַקטיוויטעט באַציִונג (QSAR) דיסקריפּטאָרס פון פּאָלימער עלעקטראָליטעס באַזירט אויף PVA, נאַטריום אַלדזשינאַט און גליסערין בלענדז. די אייגנשאַפטן ווערן אויסגעפאָרשט מיט האַלב-עמפּירישע מעטאָדן און געדיכטקייט פאַנגקשאַנאַל טעאָריע (DFT). זינט די סטרוקטוראַלע אַנאַליז האט אַנטפּלעקט די פרטים פון די ינטעראַקשאַנז צווישן PVA/אַלדזשינאַט און גליסערין, איז די באַנד גאַפּ ענערגיע (Eg) אויסגעפאָרשט געוואָרן. די רעזולטאַטן ווייַזן אַז די צוגעבן פון גליסערין רעזולטירט אין אַ פאַרקלענערונג אין די Eg ווערט צו 0.2814 eV. די מאָלעקולאַרע עלעקטראָסטאַטישע פּאָטענציעל ייבערפלאַך (MESP) ווייזט די פאַרשפּרייטונג פון עלעקטראָן-רייַך און עלעקטראָן-אָרעם געגנטן און מאָלעקולאַרע טשאַרדזשיז אין דער גאַנצער עלעקטראָליט סיסטעם. די טערמישע פּאַראַמעטערס וואָס זענען שטודירט געוואָרן אַרייַננעמען ענטהאַלפּי (H), ענטראָפּיע (ΔS), היץ קאַפּאַציטעט (Cp), גיבס פריי ענערגיע (G) און היץ פון פאָרמאַציע. אין דערצו, עטלעכע קוואַנטיטאַטיווע סטרוקטור-אַקטיוויטעט באַציִונג (QSAR) דיסקריפּטאָרס ווי גאַנץ דיפּאָל מאָמענט (TDM), גאַנץ ענערגיע (E), יאָניזאַציע פּאָטענציעל (IP), לאָג P און פּאָלאַריזאַביליטי זענען אויסגעפאָרשט געוואָרן אין דעם לערנען. די רעזולטאַטן האָבן געוויזן אַז H, ΔS, Cp, G און TDM האָבן זיך געוואַקסן מיט דער העכערונג פון טעמפּעראַטור און גליסערין אינהאַלט. דערווייל, די היץ פון פאָרמאַציע, IP און E, איז געפאַלן, וואָס האָט פֿאַרבעסערט די רעאַקטיוויטעט און פּאָלאַריזאַביליטי. אין דערצו, דורך צולייגן גליסערין, איז די צעל וואָולטידזש געוואַקסן צו 2.488 V. DFT און PM6 קאַלקולאַציעס באַזירט אויף קאָסטן-עפעקטיוו PVA/Na Alg גליסערין-באַזירטע עלעקטראָליטן ווייַזן אַז זיי קענען טיילווייז פאַרבייַטן ליטהיום-יאָן באַטעריעס רעכט צו זייער מולטיפונקציאָנאַליטעט, אָבער ווייטערדיקע פֿאַרבעסערונגען און פאָרשונג זענען נויטיק.
כאָטש ליטיום-יאָן באַטעריעס (LIBs) ווערן ברייט גענוצט, שטייט זייער אַפּליקאַציע פֿאַר אַ סך לימיטאַציעס צוליב זייער קורצן ציקל לעבן, הויכן פּרייַז, און זיכערהייט זאָרגן. נאַטריום-יאָן באַטעריעס (SIBs) קענען ווערן אַ לעבנספֿעיקע אַלטערנאַטיוו צו LIBs צוליב זייער ברייטער פֿאַרפֿיגבאַרקייט, נידעריקן פּרייַז, און נישט-טאָקסיקאַטי פֿון דעם נאַטריום עלעמענט. נאַטריום-יאָן באַטעריעס (SIBs) ווערן אַן אַלץ וויכטיקער ענערגיע סטאָרידזש סיסטעם פֿאַר עלעקטראָכעמישע דעוויסעס1. נאַטריום-יאָן באַטעריעס פֿאַרלאָזן זיך שווער אויף עלעקטראָליטן צו פֿאַרלייכטערן יאָן טראַנספּאָרט און דזשענערירן עלעקטרישן קראַנט2,3. פֿליסיגע עלעקטראָליטן זענען דער הויפּט צוזאַמענגעשטעלט פֿון מעטאַל זאַלץ און אָרגאַנישע סאָלוואַנץ. פּראַקטישע אַפּליקאַציעס פֿאָדערן אַ קערפֿולע באַטראַכטונג פֿון דער זיכערקייט פֿון פֿליסיגע עלעקטראָליטן, ספּעציעל ווען די באַטעריע איז אונטערטעניק צו טערמישן אָדער עלעקטרישן דרוק4.
סאָדיום-יאָן באַטעריעס (SIBs) ווערן ערוואַרטעט צו פאַרבייַטן ליטיום-יאָן באַטעריעס אין דער נאָענטער צוקונפֿט צוליב זייערע גרויסע אָקעאַן רעזערוון, נישט-טאָקסיקאַטי, און נידעריקע מאַטעריאַל קאָסטן. די סינטעז פון נאַנאָמאַטעריאַלן האט באַשנעלערט די אַנטוויקלונג פון דאַטן סטאָרידזש, עלעקטראָנישע, און אָפּטישע דעוויסעס. א גרויסע ליטעראַטור האט דעמאָנסטרירט די אַפּליקאַציע פון ​​​​פאַרשידענע נאַנאָסטרוקטורן (למשל, מעטאַל אָקסיידן, גראַפֿען, נאַנאָטובעס, און פולערענעס) אין סאָדיום-יאָן באַטעריעס. פאָרשונג האט זיך פאָקוסירט אויף דער אַנטוויקלונג פון אַנאָדע מאַטעריאַלס, אַרייַנגערעכנט פּאָלימערן, פֿאַר סאָדיום-יאָן באַטעריעס צוליב זייער ווערסאַטילאַטי און סביבה-פרייַנדלעכקייט. פאָרשונג אינטערעס אין דעם פעלד פון ריטשאַרדזשאַבאַל פּאָלימער באַטעריעס וועט אַוודאי וואַקסן. נייַע פּאָלימער עלעקטראָד מאַטעריאַלס מיט יינציק סטרוקטורן און פּראָפּערטיעס זענען מסתּמא צו באַפֿעסטיקן דעם וועג פֿאַר סביבה-פרייַנדלעך ענערגיע סטאָרידזש טעקנאַלאַדזשיז. כאָטש פאַרשידענע פּאָלימער עלעקטראָד מאַטעריאַלס זענען שוין יקספּלאָרד פֿאַר נוצן אין סאָדיום-יאָן באַטעריעס, דאָס פעלד איז נאָך אין זייַן פרי סטאַגעס פון אַנטוויקלונג. פֿאַר סאָדיום-יאָן באַטעריעס, מער פּאָלימער מאַטעריאַלס מיט פאַרשידענע סטרוקטוראַל קאַנפיגיעריישאַנז דאַרפֿן צו זיין יקספּלאָרד. באַזירט אויף אונדזער איצטיקן וויסן וועגן דעם סטאָרידזש מעקאַניזם פון נאַטריום יאָנען אין פּאָלימער עלעקטראָד מאַטעריאַלן, קען מען היפּאָטעזירן אַז קאַרבאָניל גרופּעס, פרייע ראַדיקאַלן און העטעראָאַטאָמען אין דעם קאָניוגירטן סיסטעם קענען דינען ווי אַקטיווע זייטלעך פֿאַר אינטעראַקציע מיט נאַטריום יאָנען. דעריבער איז קריטיש צו אַנטוויקלען נייע פּאָלימערן מיט אַ הויך געדיכטקייט פון די אַקטיווע זייטלעך. געל פּאָלימער עלעקטראָליט (GPE) איז אַן אַלטערנאַטיווע טעכנאָלאָגיע וואָס פֿאַרבעסערט באַטאַרייע רילייאַבילאַטי, יאָן קאַנדאַקטיוויטי, קיין ליקאַדזש, הויך בייגיקייט און גוטע פאָרשטעלונג.
פּאָלימער מאַטריצעס אַרייַננעמען מאַטעריאַלן ווי PVA און פּאָליעטילען אָקסייד (PEO)13. געל פּערמעאַבאַל פּאָלימער (GPE) ימאָובאַלייזיז די פליסיק עלעקטראָליט אין די פּאָלימער מאַטריץ, וואָס ראַדוסאַז די ריזיקירן פון ליקאַדזש קאַמפּערד צו קאמערציעלע סעפּאַראַטאָרס14. PVA איז אַ סינטעטיש בייאָודיגריידאַבאַל פּאָלימער. עס האט אַ הויך פּערמיטיוויטי, איז ביליק און ניט-טאַקסיק. דער מאַטעריאַל איז באַוווסט פֿאַר זייַן פילם-פאָרמינג פּראָפּערטיעס, כעמישע פעסטקייַט און אַדכיזשאַן. עס אויך פאַרמאָגן פאַנגקשאַנאַל (OH) גרופּעס און אַ הויך קראָס-לינקינג פּאָטענציעל געדיכטקייַט15,16,17. פּאָלימער בלענדינג, פּלאַסטיסייזער אַדישאַן, קאַמפּאַזאַט אַדישאַן און אין סיטו פּאָלימעריזאַטיאָן טעקניקס זענען געניצט צו פֿאַרבעסערן די קאַנדאַקטיוויטי פון PVA-באזירט פּאָלימער עלעקטראָליטעס צו רעדוצירן מאַטריץ קריסטאַליניטי און פאַרגרעסערן קייט בייגיקייַט18,19,20.
מישן איז א וויכטיגע מעטאד פארן אנטוויקלען פאלימערישע מאטעריאלן פאר אינדוסטריעלע אנווענדונגען. פאלימער מישונגען ווערן אפט גענוצט צו: (1) פארבעסערן די פראצעסירונג אייגנשאפטן פון נאטירלעכע פאלימערן אין אינדוסטריעלע אנווענדונגען; (2) פארבעסערן די כעמישע, פיזישע, און מעכאנישע אייגנשאפטן פון ביאָדעגראַדירבארע מאטעריאלן; און (3) זיך צופאסן צו דער שנעל-טוישנדיקער פארלאנג פאר נייע מאטעריאלן אין דער עסן פאקעט אינדוסטריע. אנדערש ווי קאפאלימעריזאציע, איז פאלימער מישן א נידריג-קאסט פראצעס וואס ניצט פשוטע פיזישע פראצעסן אנשטאט קאמפליצירטע כעמישע פראצעסן צו דערגרייכן די געוואונטשענע אייגנשאפטן21. צו פארמירן האמאפאלימערן, קענען פארשידענע פאלימערן אינטעראקטירן דורך דיפאל-דיפאל כוחות, וואסערשטאף בונדן, אדער לאדונג-טראנספער קאמפלעקסן22,23. מישונגען געמאכט פון נאטירלעכע און סינטעטישע פאלימערן קענען קאמבינירן גוטע ביאקאמפאטיביליטי מיט אויסגעצייכנטע מעכאנישע אייגנשאפטן, שאפנדיג א העכערן מאטעריאל צו א נידריגע פראדוקציע קאסט24,25. דעריבער, איז געווען גרויס אינטערעס אין שאפן ביארעלוואנטע פאלימערישע מאטעריאלן דורך מישן סינטעטישע און נאטירלעכע פאלימערן. PVA קען ווערן קאמבינירט מיט סאדיום אלגינעיט (NaAlg), צעלולאזע, טשיטאסאן און שטארקע26.
נאטריום אַלדזשינייט איז אַ נאַטירלעכער פּאָלימער און אַניאָניש פּאָליסאַקאַריד עקסטראַקטעד פון מאַרינע ברוינע אַלדזשי. נאטריום אַלדזשינייט באַשטייט פון β-(1-4)-געבונדן D-מאַנוראָניק זויער (M) און α-(1-4)-געבונדן L-גולוראָניק זויער (G) אָרגאַניזירט אין האָמאָפּאָלימעריק פארמען (פּאָלי-M און פּאָלי-G) און העטעראָפּאָלימעריק בלאַקס (MG אָדער GM)27. דער אינהאַלט און רעלאַטיוו פאַרהעלטעניש פון M און G בלאַקס האָבן אַ באַטייטיק ווירקונג אויף די כעמישע און פיזישע אייגנשאַפטן פון אַלדזשינייט28,29. נאטריום אַלדזשינייט איז וויידלי געניצט און געלערנט רעכט צו זיין ביאָדעגראַדאַביליטי, ביאָקאָמפּאַטיביליטי, נידעריק קאָסטן, גוטע פילם-פאָרמינג אייגנשאַפטן, און ניט-טאָקסיסיטי. אָבער, אַ גרויס נומער פון פריי כיידראָקסיל (OH) און קאַרבאָקסילאַט (COO) גרופּעס אין די אַלדזשינייט קייט מאכט אַלדזשינייט העכסט כיידראָפיליק. אָבער, אַלדזשינייט האט שלעכטע מעכאַנישע אייגנשאַפטן רעכט צו זיין ברעקלנאַס און שטייפקייט. דעריבער, אַלדזשינייט קענען זיין קאַמביינד מיט אנדערע סינטעטישע מאַטעריאַלס צו פֿאַרבעסערן וואַסער סענסיטיוויטי און מעכאַנישע אייגנשאַפטן30,31.
פארן דיזיינען נייע עלעקטראָד מאַטעריאַלן, ווערן אָפט DFT קאַלקולאַציעס גענוצט צו אָפּשאַצן די פאַבריקאַציע מעגלעכקייט פון נייע מאַטעריאַלן. אין דערצו, נוצן וויסנשאַפֿטלער מאָלעקולאַר מאָדעלינג צו באַשטעטיקן און פאָרויסזאָגן עקספּערימענטאַלע רעזולטאַטן, שפּאָרן צייט, רעדוצירן כעמישע אָפּפאַל, און פאָרויסזאָגן ינטעראַקשאַן נאַטור32. מאָלעקולאַר מאָדעלינג איז געוואָרן אַ שטאַרקער און וויכטיקער צווייַג פון וויסנשאַפֿט אין פילע פעלדער, אַרייַנגערעכנט מאַטעריאַל וויסנשאַפֿט, נאַנאָמאַטעריאַלן, קאַמפּיוטיישאַנאַל כעמיע, און מעדיצין ופדעקונג33,34. ניצן מאָדעלינג פּראָגראַמען, קענען וויסנשאַפֿטלער גלייך באַקומען מאָלעקולאַר דאַטן, אַרייַנגערעכנט ענערגיע (היץ פון פאָרמאַציע, ייאַניזאַציע פּאָטענציעל, אַקטיוואַציע ענערגיע, אאז"ו ו) און געאָמעטריע (בונד ווינקלען, בונד לענגקטס, און טאָרסיאָן ווינקלען)35. אין דערצו, קענען עלעקטראָנישע אייגנשאַפטן (לאָד, HOMO און LUMO באַנד גאַפּ ענערגיע, עלעקטראָן אַפיניטי), ספּעקטראַל אייגנשאַפטן (כאַראַקטעריסטישע ווייבריישאַנאַל מאָדעס און אינטענסיטיעס ווי FTIR ספּעקטראַ), און באַלק אייגנשאַפטן (וואָלומען, דיפוזיע, וויסקאָסיטי, מאָדולוס, אאז"ו ו)36 ווערן קאַלקולירט.
LiNiPO4 ווייזט פּאָטענציעלע מעלות אין קאָנקורירן מיט ליטיום-יאָן באַטעריע פּאָזיטיוו עלעקטראָד מאַטעריאַלן צוליב זיין הויך ענערגיע געדיכטקייט (אַרבעט וואָולטאַזש פון וועגן 5.1 V). כּדי צו גאָר אויסנוצן דעם פֿאָרטייל פון LiNiPO4 אין דער הויך-וואָולטאַזש געגנט, דאַרף מען פֿאַרנידעריקן דעם אַרבעט וואָולטאַזש ווייל דער איצטיקער הויך-וואָולטאַזש עלעקטראָליט קען נאָר בלייבן רעלאַטיוו סטאַביל ביי וואָולטאַזשן אונטער 4.8 V. זשאַנג און אַנדערע האָבן אויסגעפֿאָרשט די דאָפּינג פון אַלע 3d, 4d, און 5d איבערגאַנג מעטאַלן אין דער Ni זייטל פון LiNiPO4, אויסגעקליבן די דאָפּינג פּאַטערנז מיט ויסגעצייכנט עלעקטראָכעמישער פאָרשטעלונג, און אַדזשאַסטיד דעם אַרבעט וואָולטאַזש פון LiNiPO4 בשעת זיי האַלטן די רעלאַטיווע פעסטקייט פון זיין עלעקטראָכעמישער פאָרשטעלונג. די נידעריקסטע אַרבעט וואָולטאַזשן וואָס זיי האָבן באַקומען זענען געווען 4.21, 3.76, און 3.5037 פֿאַר Ti, Nb, און Ta-דאָפּט LiNiPO4, ריספּעקטיוולי.
דעריבער, די ציל פון דעם שטודיע איז טעאָרעטיש צו אויספאָרשן דעם ווירקונג פון גליסערין ווי אַ פּלאַסטיסייזער אויף די עלעקטראָנישע אייגנשאַפטן, QSAR דיסקריפּטאָרן און טערמישע אייגנשאַפטן פון די PVA/NaAlg סיסטעם ניצנדיק קוואַנטום מעכאַנישע חשבונות פֿאַר זיין אַפּליקאַציע אין ריטשאַרדזשאַבאַל יאָן-יאָן באַטעריעס. די מאָלעקולאַרע ינטעראַקשאַנז צווישן די PVA/NaAlg מאָדעל און גליסערין זענען אַנאַליזירט געוואָרן ניצנדיק באַדער'ס קוואַנטום אַטאָמישע טעאָריע פון ​​מאָלעקולן (QTAIM).
א מאלעקול מאדעל וואס רעפרעזענטירט די אינטעראקציע פון ​​PVA מיט NaAlg און דערנאך מיט גליסערין איז געווארן אפטימיזירט מיט DFT. דער מאדעל איז געווארן אויסגערעכנט מיט Gaussian 0938 ווייכווארג ביים ספעקטראסקאפיע דעפארטמענט, נאציאנאלער פארשונג צענטער, קאירא, מצרים. די מאדעלן זענען געווארן אפטימיזירט מיט DFT אויפן B3LYP/6-311G(d, p) לעוועל39,40,41,42. כדי צו באשטעטיגן די אינטעראקציע צווישן די שטודירטע מאדעלן, דעמאנסטרירן פרעקווענץ שטודיעס וואס זענען דורכגעפירט געווארן אויפן זעלבן לעוועל פון טעאריע די סטאביליטעט פון דער אפטימיזירטער געאמעטריע. די אפוועזנהייט פון נעגאטיווע פרעקווענצן צווישן אלע עוואלוירטע פרעקווענצן אונטערשטרייכט די אינפערירטע סטרוקטור אין די אמתע פאזיטיווע מינימא אויף דער פאטענציעלער ענערגיע אייבערפלאך. פיזישע פאראמעטערס ווי TDM, HOMO/LUMO באנד גאפ ענערגיע און MESP זענען געווארן אויסגערעכנט אויפן זעלבן קוואנטום מעכאנישן לעוועל פון טעאריע. דערצו, עטלעכע טערמישע פאראמעטערס ווי די לעצטע היץ פון פארמאציע, פרייע ענערגיע, ענטראפיע, ענטהאלפיע און היץ קאפאציטעט זענען אויסגערעכנט געווארן מיט די פארמלען געגעבן אין טאבעלע 1. די שטודירטע מאדעלן זענען אונטערגעווארפן געווארן צו דער קוואנטום טעאריע פון ​​אטאמען אין מאלעקולן (QTAIM) אנאליז כדי צו אידענטיפיצירן די אינטעראקציעס וואס פאסירן אויף דער ייבערפלאך פון די שטודירטע סטרוקטורן. די חשבונות זענען דורכגעפירט געווארן מיט דעם "output=wfn" באפעל אין דעם גאוסישן 09 ווייכווארג קאוד און דערנאך וויזואליזירט מיט דעם אַוואָגאַדראָ ווייכווארג קאוד43.
וואו E איז די אינערלעכע ענערגיע, P איז דער דרוק, V איז דער פארנעם, Q איז דער היץ אויסטויש צווישן דעם סיסטעם און זיין סביבה, T איז די טעמפעראטור, ΔH איז די ענטהאלפי ענדערונג, ΔG איז די פרייע ענערגיע ענדערונג, ΔS איז די ענטראפי ענדערונג, a און b זענען די וויבראציאנאלע פאראמעטערס, q איז די אטאמישע לאדונג, און C איז די אטאמישע עלעקטראן געדיכטקייט44,45. צום סוף, די זעלבע סטרוקטורן זענען אפטימיזירט געווארן און די QSAR פאראמעטערס זענען אויסגערעכנט געווארן אויף PM6 לעוועל ניצנדיג דעם SCIGRESS ווייכווארג קאוד46 ביים ספעקטראסקאפיע דעפארטמענט פון דעם נאציאנאלעם פארשונג צענטער אין קאירא, מצרים.
אין אונדזער פריערדיקער ארבעט47, האבן מיר עוואַלויִרט דעם מערסט מסתּמא מאָדעל וואָס באַשרײַבט די אינטעראַקציע פֿון דרײַ PVA אײנהייטן מיט צוויי NaAlg אײנהייטן, מיט גליצערין אַקטינג ווי אַ פּלאַסטיסיזער. ווי דערמאָנט אויבן, זענען דאָ צוויי מעגלעכקייטן פֿאַר דער אינטעראַקציע פֿון PVA און NaAlg. די צוויי מאָדעלן, באַצייכנט 3PVA-2Na Alg (באַזירט אויף קאַרבאָן נומער 10) און Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, האָבן דעם קלענסטן ענערגיע גאַפּ ווערט48 קאַמפּערד צו די אַנדערע באַטראַכטע סטרוקטורן. דעריבער, איז דער ווירקונג פֿון Gly צוגאב אויף דעם מערסט מסתּמא מאָדעל פֿון דעם PVA/Na Alg געמיש פּאָלימער אויסגעפֿאָרשט געוואָרן מיט די לעצטע צוויי סטרוקטורן: 3PVA-(C10)2Na Alg (באַצייכנט ווי 3PVA-2Na Alg פֿאַר פּשוטקייט) און Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. לויט דער ליטעראַטור, קענען PVA, NaAlg און גליצערין פֿאָרמען בלויז שוואַכע וואַסערשטאָף בונדן צווישן הידראָקסיל פֿונקציאָנעלע גרופּעס. זינט ביידע דער PVA טרימער און דער NaAlg און גליצערין דימער אנטהאלטן עטלעכע OH גרופעס, קען דער קאנטאקט רעאליזירט ווערן דורך איינע פון ​​די OH גרופעס. פיגור 1 ווייזט די אינטעראקציע צווישן דעם מאדעל גליצערין מאלעקול און דעם מאדעל מאלעקול 3PVA-2Na Alg, און פיגור 2 ווייזט דעם קאנסטרואירטן מאדעל פון דער אינטעראקציע צווישן דעם מאדעל מאלעקול Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg און פארשידענע קאנצענטראציעס פון גליצערין.
אָפּטימיזירטע סטרוקטורן: (א) גלי און 3PVA − 2Na Alg אינטעראַקטירן מיט (ב) 1 גלי, (ג) 2 גלי, (ד) 3 גלי, (ה) 4 גלי, און (ו) 5 גלי.
אָפּטימיזירטע סטרוקטורן פון טערם 1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg וואָס אינטעראַקטירן מיט (אַ) 1 Gly, (ב) 2 Gly, (ג) 3 Gly, (ד) 4 Gly, (ה) 5 Gly, און (ו) 6 Gly.
די עלעקטראָן באַנד גאַפּ ענערגיע איז אַ וויכטיקער פּאַראַמעטער צו באַטראַכטן ווען מען שטודירט די רעאַקטיוויטעט פון יעדן עלעקטראָד מאַטעריאַל. ווײַל עס באַשרײַבט דאָס נאַטור פון עלעקטראָנען ווען דער מאַטעריאַל איז אונטערטעניק צו עקסטערנע ענדערונגען. דעריבער, איז עס נייטיק צו אָפּשאַצן די עלעקטראָן באַנד גאַפּ ענערגיעס פון HOMO/LUMO פֿאַר אַלע די סטרוקטורן וואָס ווערן שטודירט. טאַבעלע 2 ווײַזט די ענדערונגען אין HOMO/LUMO ענערגיעס פון 3PVA-(C10)2Na Alg און Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg צוליב דעם צוגאב פון גליסערין. לויט רעף 47, איז דער Eg ווערט פון 3PVA-(C10)2Na Alg 0.2908 eV, בשעת דער Eg ווערט פון דער סטרוקטור וואָס שפּיגלט אָפּ די וואַרשיינלעכקייט פון דער צווייטער אינטעראַקציע (ד"ה, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) איז 0.5706 eV.
אבער, מען האט געפונען אז די צוגאב פון גליצערין האט רעזולטירט אין א קליינע ענדערונג אין דעם Eg ווערט פון 3PVA-(C10)2Na Alg. ווען 3PVA-(C10)2NaAlg האט אינטעראקטירט מיט 1, 2, 3, 4 און 5 גליצערין איינהייטן, זענען זיינע Eg ווערטן געווארן 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 און 0.281 eV, בהתאמה. אבער, עס איז דא א ווערטפולע איינזיכט אז נאך צוגאב פון 3 גליצערין איינהייטן, איז דער Eg ווערט געווארן קלענער ווי יענער פון 3PVA-(C10)2Na Alg. דאס מאדעל וואס רעפרעזענטירט די אינטעראקציע פון ​​3PVA-(C10)2Na Alg מיט פינף גליצערין איינהייטן איז דער מערסט ווארשיינליכער אינטעראקציע מאדעל. דאס מיינט אז ווי די צאל גליצערין איינהייטן וואקסט, וואקסט אויך די ווארשיינליכקייט פון אינטעראקציע.
דערווייל, פאר דער צווייטער ווארשיינליכקייט פון אינטעראקציע, ווערן די HOMO/LUMO ענערגיעס פון די מאדעל מאלעקולן וואס רעפרעזענטירן טערם 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, טערם 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, טערם 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, טערם 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, טערם 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly און טערם 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 און 0.496 eV, בהתאמה. טאבעלע 2 ווייזט די אויסגערעכנטע HOMO/LUMO באנד גאפ ענערגיעס פאר אלע סטרוקטורן. דערצו, די זעלבע אויפפירונג פון די אינטעראקציע ווארשיינליכקייטן פון דער ערשטער גרופע ווערט דא איבערגעחזרט.
די באַנד טעאָריע אין האַרטער צושטאַנד פיזיק זאָגט אַז ווי די באַנד גאַפּ פון אַן עלעקטראָד מאַטעריאַל פאַרקלענערט זיך, פאַרגרעסערט זיך די עלעקטראָנישע קאַנדאַקטיוויטי פון דעם מאַטעריאַל. דאָפּינג איז אַ געוויינטלעכע מעטאָד צו פאַרקלענערן די באַנד גאַפּ פון נאַטריום-יאָן קאַטאָדע מאַטעריאַלן. דזשיאַנג און אַנדערע האָבן גענוצט קופּער דאָפּינג צו פֿאַרבעסערן די עלעקטראָנישע קאַנדאַקטיוויטי פון β-NaMnO2 שיכטן מאַטעריאַלן. ניצנדיק DFT חשבונות, האָבן זיי געפֿונען אַז דאָפּינג האָט פאַרקלענערט די באַנד גאַפּ פון דעם מאַטעריאַל פון 0.7 eV צו 0.3 eV. דאָס ווײַזט אַז קופּער דאָפּינג פֿאַרבעסערט די עלעקטראָנישע קאַנדאַקטיוויטי פון β-NaMnO2 מאַטעריאַל.
MESP ווערט דעפינירט אלס די אינטעראקציע ענערגיע צווישן דער מאלעקולארער לאדונג פארטיילונג און אן איינציקער פאזיטיווער לאדונג. MESP ווערט באטראכט אלס אן עפעקטיוו געצייג פארן פארשטיין און אינטערפרעטירן כעמישע אייגנשאפטן און רעאקטיוויטעט. MESP קען גענוצט ווערן צו פארשטיין די מעכאניזמען פון אינטעראקציעס צווישן פאלימערישע מאטעריאלן. MESP באשרייבט די לאדונג פארטיילונג אינעם קאמפאונד אונטער שטודיע. דערצו, MESP גיט אינפארמאציע וועגן די אקטיווע זייטלעך אין די מאטעריאלן אונטער שטודיע32. פיגור 3 ווייזט די MESP פלאטס פון 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, און 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly פאראויסגעזאגט אויף דעם B3LYP/6-311G(d, p) לעוועל פון טעאריע.
MESP קאָנטורן אויסגערעכנט מיט B3LYP/6-311 g(d, p) פֿאַר (a) Gly און 3PVA − 2Na Alg וואָס אינטעראַקטירן מיט (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, און (f) 5 Gly.
דערווייל, פיגור 4 ווייזט די אויסגערעכנטע רעזולטאטן פון MESP פאר טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg, טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg-1Gly, טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg − 2Gly, טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg − 3gly, טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg − 4Gly, טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg- 5gly און טערם 1Na Alg-3PVA – מיטל 1Na Alg − 6Gly, בהתאמה. די אויסגערעכנטע MESP ווערט רעפרעזענטירט אלס א קאנטור אויפפירונג. די קאנטור ליניעס ווערן רעפרעזענטירט דורך פארשידענע פארבן. יעדע קאליר רעפרעזענטירט אן אנדערן עלעקטראנעגאטיוויטעט ווערט. די רויטע קאליר ווייזט אויף די שטארק עלעקטראנעגאטיוו אדער רעאקטיווע זייטלעך. דערווייל, די געלע קאליר רעפרעזענטירט די נייטראלע זייטלעך 49, 50, 51 אין דער סטרוקטור. די MESP רעזולטאַטן האָבן געוויזן אַז די רעאַקטיוויטעט פון 3PVA-(C10)2Na Alg האָט זיך געוואַקסן מיטן פאַרגרעסערן פון רויטער קאָליר אַרום די שטודירטע מאָדעלן. דערווייל, די רויטע קאָליר אינטענסיטעט אין דער MESP מאַפּע פון ​​דעם Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg מאָדעל מאָלעקול פאַרקלענערט זיך צוליב דער אינטעראַקציע מיט פאַרשידענע גליסערין אינהאַלט. די ענדערונג אין דער רויטער קאָליר פאַרשפּרייטונג אַרום דער פארגעשלאָגענער סטרוקטור שפּיגלט אָפּ די רעאַקטיוויטעט, בשעת די פאַרגרעסערונג אין אינטענסיטעט באַשטעטיקט די פאַרגרעסערונג אין עלעקטראָנעגאַטיוויטעט פון דעם 3PVA-(C10)2Na Alg מאָדעל מאָלעקול צוליב דער פאַרגרעסערונג פון גליסערין אינהאַלט.
B3LYP/6-311 g(d, p) אויסגערעכנטע MESP טערמין פון 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg אינטעראַקטירנדיק מיט (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, און (f) 6 Gly.
אלע פארגעשלאגענע סטרוקטורן האבן זייערע טערמישע פאראמעטערס ווי ענטהאלפי, ענטראפי, היץ קאפאציטעט, פרייע ענערגיע און היץ פון פארמאציע אויסגערעכנט ביי פארשידענע טעמפעראטורן אין די קייט פון 200 ק ביז 500 ק. צו באשרייבן דאס אויפפירונג פון פיזישע סיסטעמען, אין צוגאב צו שטודירן זייער עלעקטראנישן אויפפירונג, איז עס אויך נויטיג צו שטודירן זייער טערמישן אויפפירונג אלס א פונקציע פון ​​טעמפעראטור צוליב זייער אינטעראקציע מיט יעדן אנדערן, וואס קען אויסגערעכנט ווערן מיט די גלייכונגען געגעבן אין טאבעלע 1. די שטודיע פון ​​די טערמישע פאראמעטערס ווערט באטראכט אלס א וויכטיגער אינדיקאטאר פון די רעאקציע-פעאיקייט און סטאביליטעט פון אזעלכע פיזישע סיסטעמען ביי פארשידענע טעמפעראטורן.
וואָס שייך די ענטהאַלפּיע פֿון דעם PVA טרימער, רעאַגירט עס ערשט מיטן NaAlg דימער, דערנאָך דורך דער OH גרופּע פֿאַרבונדן צו קאַרבאָן אַטאָם #10, און צום סוף מיט גליסערין. ענטהאַלפּיע איז אַ מאָס פֿון דער ענערגיע אין אַ טערמאָדינאַמישער סיסטעם. ענטהאַלפּיע איז גלייך צו דער גאַנצער היץ אין אַ סיסטעם, וואָס איז עקוויוואַלענט צו דער אינערלעכער ענערגיע פֿון דער סיסטעם פּלוס דעם פּראָדוקט פֿון איר וואָלומען און דרוק. מיט אַנדערע ווערטער, ענטהאַלפּיע ווייזט וויפֿל היץ און אַרבעט ווערט צוגעגעבן צו אָדער אַוועקגענומען פֿון אַ סובסטאַנץ52.
פיגור 5 ווייזט די ענטהאלפי ענדערונגען בעת ​​דער רעאקציע פון ​​3PVA-(C10)2Na Alg מיט פארשידענע גליצערין קאנצענטראציעס. די אבריוויאציעס A0, A1, A2, A3, A4, און A5 רעפרעזענטירן די מאדעל מאלעקולן 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly, און 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, בהתאמה. פיגור 5a ווייזט אז די ענטהאלפי וואקסט מיט וואקסנדיקער טעמפעראטור און גליצערין אינהאלט. די ענטהאַלפּיע פון ​​דער סטרוקטור וואָס רעפּרעזענטירט 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (ד.ה., A5) ביי 200 K איז 27.966 קאַל/מאָל, בשעת די ענטהאַלפּיע פון ​​דער סטרוקטור וואָס רעפּרעזענטירט 3PVA-2NaAlg ביי 200 K איז 13.490 קאַל/מאָל. צום סוף, ווייל די ענטהאַלפּיע איז פּאָזיטיוו, איז די רעאַקציע ענדאָטהערמיש.
ענטראָפּיע ווערט דעפינירט ווי אַ מאָס פון דער נישט-פאַראַן ענערגיע אין אַ פֿאַרמאַכטן טערמאָדִינאַמישן סיסטעם און ווערט אָפֿט באַטראַכט ווי אַ מאָס פון דער אומאָרדענונג פֿון דער סיסטעם. פֿיגור 5ב ווײַזט די ענדערונג אין ענטראָפּיע פֿון 3PVA-(C10)2NaAlg מיט טעמפּעראַטור און ווי עס אינטעראַקטירט מיט פֿאַרשידענע גליסערין איינהייטן. דער גראַפיק ווײַזט אַז די ענטראָפּיע ענדערט זיך לינעאַר ווי די טעמפּעראַטור וואַקסט פֿון 200 קעלװין צו 500 קעלװין. פֿיגור 5ב ווײַזט קלאָר אַז די ענטראָפּיע פֿון דעם 3PVA-(C10)2Na Alg מאָדעל טענדירט צו 200 קאַל/קעלװין/מאָל בײַ 200 קעלװין ווײַל דער 3PVA-(C10)2Na Alg מאָדעל ווײַזט ווייניקער גיטער-אומאָרדענונג. ווי די טעמפּעראַטור וואַקסט, ווערט דער 3PVA-(C10)2Na Alg מאָדעל אומאָרדענטלעך און דאָס דערקלערט די פאַרגרעסערונג אין ענטראָפּיע מיט דער פאַרגרעסערונג פֿון טעמפּעראַטור. דערצו, איז קלאָר אַז די סטרוקטור פֿון 3PVA-C10 2Na Alg-5 Gly האט דעם העכסטן ענטראָפּיע ווערט.
דאס זעלבע אויפפירונג ווערט באמערקט אין פיגור 5c, וואס ווייזט די ענדערונג אין היץ קאַפּאַציטעט מיט טעמפּעראַטור. היץ קאַפּאַציטעט איז די סומע היץ וואָס איז נויטיק צו ענדערן די טעמפּעראַטור פון אַ געגעבענער סומע פון ​​סובסטאַנץ מיט 1 °C47. פיגור 5c ווייזט די ענדערונגען אין היץ קאַפּאַציטעט פון דעם מאָדעל מאָלעקול 3PVA-(C10)2NaAlg צוליב אינטעראַקציעס מיט 1, 2, 3, 4, און 5 גליסערין איינהייטן. די פיגור ווייזט אַז די היץ קאַפּאַציטעט פון דעם מאָדעל 3PVA-(C10)2NaAlg וואַקסט לינעאַר מיט טעמפּעראַטור. די באמערקטע פאַרגרעסערונג אין היץ קאַפּאַציטעט מיט פאַרגרעסערונג אין טעמפּעראַטור ווערט צוגעשריבן צו פאָנאָן טערמישע ווייבריישאַנז. דערצו, איז דאָ באַווייַז אַז פאַרגרעסערן דעם גליסערין אינהאַלט פירט צו אַ פאַרגרעסערונג אין דער היץ קאַפּאַציטעט פון דעם מאָדעל 3PVA-(C10)2NaAlg. ווייטער, די סטרוקטור ווייזט אַז 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly האט דעם העכסטן היץ קאַפּאַציטעט ווערט קאַמפּערד צו אַנדערע סטרוקטורן.
אַנדערע פּאַראַמעטערס ווי פרייע ענערגיע און לעצטע היץ פון פאָרמאַציע זענען קאַלקיאַלייטיד געוואָרן פֿאַר די שטודירטע סטרוקטורן און ווערן געוויזן אין פיגור 5ד און ה, ריספּעקטיוולי. די לעצטע היץ פון פאָרמאַציע איז די היץ וואָס ווערט באַפרייט אָדער אַבזאָרבירט בעת דער פאָרמאַציע פון ​​אַ ריינער סובסטאַנץ פון אירע קאָנסטיטואַנט עלעמענטן אונטער קאָנסטאַנטן דרוק. פרייע ענערגיע קען ווערן דעפינירט ווי אַן אייגנשאַפט ענלעך צו ענערגיע, ד"ה, איר ווערט דעפּענדס אויף דער סומע פון ​​סובסטאַנץ אין יעדן טערמאָדִינאַמישן צושטאַנד. די פרייע ענערגיע און היץ פון פאָרמאַציע פון ​​3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly זענען געווען די נידעריגסטע און זענען געווען -1318.338 און -1628.154 קקאַל/מאָל, ריספּעקטיוולי. אין קאַנטראַסט, די סטרוקטור וואָס רעפּרעזענטירט 3PVA-(C10)2NaAlg האט די העכסטע פרייע ענערגיע און היץ פון פאָרמאַציע ווערטן פון -690.340 און -830.673 קקאַל/מאָל, ריספּעקטיוולי, קאַמפּערד צו אַנדערע סטרוקטורן. ווי געוויזן אין פיגור 5, ווערן פֿאַרשידענע טערמישע אייגנשאַפטן געביטן רעכט צו דער ינטעראַקציע מיט גליסערין. די גיבס פרייע ענערגיע איז נעגאַטיוו, וואָס ווייַזט אַז די פֿאָרגעלייגטע סטרוקטור איז סטאַביל.
PM6 האט אויסגערעכנט די טערמישע פאראמעטערס פון ריין 3PVA- (C10) 2Na Alg (מאָדעל A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (מאָדעל A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (מאָדעל A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (מאָדעל A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (מאָדעל A4), און 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (מאָדעל A5), וואו (a) איז די ענטהאלפּיע, (b) ענטראָפּיע, (c) היץ קאַפּאַציטעט, (d) פרייע ענערגיע, און (e) היץ פון פאָרמאַציע.
אויף דער אנדערער האַנט, דער צווייטער אינטעראַקציע מאָדע צווישן PVA טרימער און דימעריק NaAlg פּאַסירט אין די טערמינאַלע און מיטלערע OH גרופּעס אין דער PVA טרימער סטרוקטור. ווי אין דער ערשטער גרופּע, זענען די טערמישע פּאַראַמעטערס קאַלקולירט געוואָרן מיטן זעלבן לעוועל פון טעאָריע. פיגור 6a-e ווייזט די וועריאַציעס פון ענטהאַלפּי, ענטראָפּיע, היץ קאַפּאַציטעט, פרייער ענערגיע און, לעסאָף, היץ פון פאָרמאַציע. פיגורן 6a-c ווייַזן אַז די ענטהאַלפּיע, ענטראָפּיע און היץ קאַפּאַציטעט פון טערם 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg ווייַזן דעם זעלבן נאַטור ווי די ערשטע גרופּע ווען זיי אינטעראַקטירן מיט 1, 2, 3, 4, 5 און 6 גליסערין איינהייטן. דערצו, זייערע ווערטן וואַקסן ביסלעכווייַז מיט דער העכערונג פון טעמפּעראַטור. דערצו, אין דעם פארגעשלאגענעם טערם 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg מאָדעל, זענען די ענטהאַלפּיע, ענטראָפּיע און היץ קאַפּאַציטעט ווערטן געוואקסן מיטן העכערונג פון גליסערין אינהאַלט. די אַבריווייישאַנז B0, B1, B2, B3, B4, B5 און B6 רעפּרעזענטירן די פאלגענדע סטרוקטורן בהתאמה: טערמינאַל 1 Na Alg − 3PVA- מיטל 1 Na Alg, טערמינאַל 1 Na Alg- 3PVA- מיטל 1 Na Alg − 1 גליי, טערמינאַל 1 Na Alg- 3PVA- מיטל 1 Na Alg − 2 גליי, טערמינאַל 1 Na Alg- 3PVA- מיטל 1 Na Alg − 3 גליי, טערמינאַל 1 Na Alg- 3PVA- מיטל 1 Na Alg − 4 גליי, טערמינאַל 1 Na Alg- 3PVA- מיטל 1 Na Alg − 5 גליי און טערמינאַל 1 Na Alg- 3PVA- מיטל 1 Na Alg − 6 גליי. ווי געוויזן אין פיגור 6a–c, איז עס קלאָר אַז די ווערטן פון ענטהאַלפּיע, ענטראָפּיע און היץ קאַפּאַציטעט וואַקסן ווען די צאָל פון גליסערין איינהייטן וואַקסן פון 1 ביז 6.
PM6 האט אויסגערעכנט די טערמישע פאראמעטערס פון ריין טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (מאדעל B0), טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (מאדעל B1), טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (מאדעל B2), טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (מאדעל B3), טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (מאדעל B4), טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (מאדעל B5), און טערם 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (מאדעל B6), אריינגערעכנט (א) ענטהאלפי, (ב) ענטראפי, (ג) היץ קאפאציטעט, (ד) פרייע ענערגיע, און (ה) היץ פון פארמאציע.
דערצו, די סטרוקטור וואס רעפרעזענטירט טערם 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-6 Gly האט די העכסטע ווערטן פון ענטהאלפי, ענטראפי און היץ קאפאציטעט קאמפערד מיט אנדערע סטרוקטורן. צווישן זיי, זייערע ווערטן זענען געשטיגן פון 16.703 קאל/מאָל, 257.990 קאל/מאָל/K און 131.323 קאל/מאָל אין טערם 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg צו 33.223 קאל/מאָל, 420.038 קאל/מאָל/K און 275.923 קאל/מאָל אין טערם 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg − 6 Gly, בהתאמה.
אבער, פיגורן 6ד און ה ווייזן די טעמפעראטור-אפהענגיקייט פון דער פרייער ענערגיע און די לעצטע היץ פון פארמאציע (HF). HF קען דעפינירט ווערן אלס די ענטהאלפי-ענדערונג וואס פאסירט ווען איין מאל פון א סובסטאנץ ווערט געשאפן פון אירע עלעמענטן אונטער נאטירלעכע און סטאנדארט באדינגונגען. עס איז קלאר פון דער פיגור אז די פרייע ענערגיע און די לעצטע היץ פון פארמאציע פון ​​אלע שטודירטע סטרוקטורן ווייזן א לינעארע אפהענגיקייט פון טעמפעראטור, ד.ה. זיי וואקסן ביסלעכווייז און לינעאר מיט דער וואקסנדיקער טעמפעראטור. דערצו, האט די פיגור אויך באשטעטיקט אז די סטרוקטור וואס רעפרעזענטירט טערם 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly האט די נידריגסטע פרייע ענערגיע און די נידריגסטע HF. ביידע פאראמעטערס זענען געפאלן פון -758.337 צו -899.741 K cal/mol אין טערם 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly צו -1,476.591 און -1,828.523 K cal/mol. עס איז קלאר פון די רעזולטאטן אז HF פאלט אפ מיט דער פארגרעסערונג פון גליצערין איינהייטן. דאָס מיינט אַז צוליב דעם פאַרגרעסערונג פון פונקציאָנעלע גרופּעס, פאַרגרעסערט זיך אויך די רעאַקטיוויטעט און דעריבער איז ווייניקער ענערגיע נויטיק צו דורכפירן די רעאַקציע. דאָס באַשטעטיקט אַז פּלאַסטיקיזירטע PVA/NaAlg קען געניצט ווערן אין באַטעריעס צוליב איר הויכער רעאַקטיוויטעט.
בכלל, טעמפעראטור עפעקטן ווערן צעטיילט אין צוויי טיפן: נידעריגע-טעמפעראטור עפעקטן און הויך-טעמפעראטור עפעקטן. די עפעקטן פון נידעריגע טעמפעראטורן ווערן מערסטנס געשפירט אין לענדער וואס געפינען זיך אויף הויכע ברייטן, ווי גרינלאנד, קאנאדע, און רוסלאנד. אין ווינטער, איז די דרויסנדיגע לופט טעמפעראטור אין די ערטער ווייט אונטער נול גראד צעלזיוס. די לעבנס-צייט און פערפארמענס פון ליטיום-יאָן באטעריעס קענען ווערן באאיינפלוסט דורך נידעריגע טעמפעראטורן, ספעציעל די וואס ווערן גענוצט אין פלאג-אין כייבריד עלעקטרישע וועהיקלעך, ריין עלעקטרישע וועהיקלעך, און כייבריד עלעקטרישע וועהיקלעך. ספעיס רייזע איז נאך א קאלטע סביבה וואס פארלאנגט ליטיום-יאָן באטעריעס. למשל, די טעמפעראטור אויף מארס קען פאלן צו -120 גראד צעלזיוס, וואס שטעלט א באדייטנדיקן שטער פארן נוצן פון ליטיום-יאָן באטעריעס אין ספעיס-שיף. נידעריגע אפערירן טעמפעראטורן קענען פירן צו א פארקלענערונג אין דער לאדונג טראנספער ראטע און כעמישע רעאקציע אקטיוויטעט פון ליטיום-יאָן באטעריעס, וואס רעזולטירט אין א פארקלענערונג אין דער דיפוזיע ראטע פון ​​ליטיום יאנען אינעווייניג אין דער עלעקטראד און ייאנישע קאנדוקטיוויטעט אין דער עלעקטראליט. די דעגראדאציע רעזולטירט אין פארקלענערטע ענערגיע קאפאציטעט און מאכט, און מאנchmal אפילו פארקלענערטע פערפארמענס.
דער הויך טעמפּעראַטור ווירקונג פּאַסירט אין אַ ברייטערע קייט פון אַפּליקאַציע סביבות, אַרייַנגערעכנט ביידע הויך און נידעריק טעמפּעראַטור סביבות, בשעת דער נידעריק טעמפּעראַטור ווירקונג איז דער הויפּט לימיטעד צו נידעריק טעמפּעראַטור אַפּליקאַציע סביבות. דער נידעריק טעמפּעראַטור ווירקונג איז דער הויפּט באַשטימט דורך די אַמביאַנט טעמפּעראַטור, בשעת דער הויך טעמפּעראַטור ווירקונג איז יוזשאַוואַלי מער אַקיעראַטלי אַטריביאַטאַד צו די הויך טעמפּעראַטורעס ין די ליטהיום-יאָן באַטאַרייע בעשאַס אָפּעראַציע.
ליטיום-יאָן באַטעריעס דזשענערירן היץ אונטער הויכע קראַנט באדינגונגען (אַרייַנגערעכנט שנעל טשאַרדזשינג און שנעל דיסטשאַרדזשינג), וואָס פאַרשאַפן די ינערלעך טעמפּעראַטור צו העכערונג. ויסשטעלן צו הויך טעמפּעראַטורן קען אויך פאַרשאַפן באַטעריע פאָרשטעלונג דעגראַדאַציע, אַרייַנגערעכנט אָנווער פון קאַפּאַציטעט און מאַכט. טיפּיקאַללי, דער אָנווער פון ליטיום און די אָפּזוך פון אַקטיוו מאַטעריאַלס ביי הויך טעמפּעראַטורן פירן צו קאַפּאַציטעט אָנווער, און דער מאַכט אָנווער איז רעכט צו אַ פאַרגרעסערונג אין ינערלעך קעגנשטעל. אויב די טעמפּעראַטור גייט אויס פון קאָנטראָל, טערמאַל אַנטלויפן אַקערז, וואָס אין עטלעכע פאלן קענען פירן צו ספּאַנטייניאַס ברענען אָדער אפילו יקספּלאָוזשאַן.
QSAR קאַלקולאַציעס זענען אַ קאַמפּיוטיישאַנאַל אָדער מאַטעמאַטיש מאָדעלינג מעטאָד געניצט צו ידענטיפיצירן באַציאונגען צווישן ביאָלאָגיש טעטיקייט און סטרוקטוראַל אייגנשאַפטן פון קאַמפּאַונדז. אַלע דיזיינד מאַלאַקיולז זענען אָפּטימיזעד און עטלעכע QSAR אייגנשאַפטן זענען קאַלקיאַלייטיד אויף די PM6 מדרגה. טאַבעלע 3 ליסט עטלעכע פון ​​די קאַלקיאַלייטיד QSAR דיסקריפּטאָרס. ביישפילן פון אַזאַ דיסקריפּטאָרס זענען אָפּצאָל, TDM, גאַנץ ענערגיע (E), ייאַניזיישאַן פּאָטענציעל (IP), לאָג P, און פּאָלאַריזאַביליטי (זען טאַבעלע 1 פֿאַר פאָרמולאַס צו באַשטימען IP און לאָג P).
די רעכענונג רעזולטאַטן ווייַזן אַז די גאַנץ לאַדונג פון אַלע די שטודירט סטרוקטורן איז נול ווייַל זיי זענען אין די גרונט צושטאַנד. פֿאַר דער ערשטער ינטעראַקשאַן וואַרשיינלעכקייט, די TDM פון גליסערין איז געווען 2.788 דעביי און 6.840 דעביי פֿאַר 3PVA-(C10) 2Na Alg, בשעת די TDM ווערטן זענען געוואקסן צו 17.990 דעביי, 8.848 דעביי, 5.874 דעביי, 7.568 דעביי און 12.779 דעביי ווען 3PVA-(C10) 2Na Alg האט ינטעראַקט מיט 1, 2, 3, 4 און 5 יוניץ פון גליסערין, ריספּעקטיוולי. די העכער די TDM ווערט, די העכער זיין רעאַקטיוויטי מיט די סוויווע.
די גאַנצע ענערגיע (E) איז אויך אויסגערעכנט געוואָרן, און די E ווערטן פון גליצערין און 3PVA-(C10)2 NaAlg זענען געפונען געוואָרן צו זיין -141.833 eV און -200092.503 eV, בהתאמה. דערווייל, די סטרוקטורן וואָס רעפּרעזענטירן 3PVA-(C10)2 NaAlg אינטעראַקטירן מיט 1, 2, 3, 4 און 5 גליצערין איינהייטן; E ווערט -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 און -1548.031 eV, בהתאמה. אַ פאַרגרעסערונג פון דעם גליצערין אינהאַלט פירט צו אַ פאַרקלענערונג אין דער גאַנצער ענערגיע און דעריבער צו אַ פאַרגרעסערונג אין דער רעאַקטיוויטעט. באַזירט אויף דער גאַנצער ענערגיע אויסרעכענונג, איז עס געקומען צום אויספיר אַז די מאָדעל מאָלעקול, וואָס איז 3PVA-2Na Alg-5 Gly, איז מער רעאַקטיוו ווי די אַנדערע מאָדעל מאָלעקולן. די דערשיינונג איז פֿאַרבונדן מיט זייער סטרוקטור. 3PVA-(C10)2NaAlg אנטהאלט נאר צוויי -COONa גרופעס, בשעת די אנדערע סטרוקטורן אנטהאלטן צוויי -COONa גרופעס אבער טראגן עטליכע OH גרופעס, וואס מיינט אז זייער רעאקטיוויטעט צו דער סביבה איז פארגרעסערט.
דערצו, די ייאַניזאַציע ענערגיעס (IE) פון אַלע סטרוקטורן ווערן באַטראַכט אין דעם לערנען. ייאַניזאַציע ענערגיע איז אַ וויכטיקער פּאַראַמעטער פֿאַר מעסטן די רעאַקטיוויטעט פון דעם שטודירטן מאָדעל. די ענערגיע וואָס איז נויטיק צו באַוועגן אַן עלעקטראָן פון איין פונקט פון אַ מאָלעקול ביז אומענדלעכקייט ווערט גערופן ייאַניזאַציע ענערגיע. עס רעפּרעזענטירט דעם גראַד פון ייאַניזאַציע (ד"ה רעאַקטיוויטעט) פון דעם מאָלעקול. ווי העכער די ייאַניזאַציע ענערגיע, אַלץ נידעריקער די רעאַקטיוויטעט. די IE רעזולטאַטן פון 3PVA-(C10)2NaAlg וואָס אינטעראַקטירט מיט 1, 2, 3, 4 און 5 גליסעראָל איינהייטן זענען געווען -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 און -9.323 eV, ריספּעקטיוולי, בשעת די IEs פון גליסעראָל און 3PVA-(C10)2NaAlg זענען געווען -5.157 און -9.341 eV, ריספּעקטיוולי. זינט די צוגאב פון גליסערין האט רעזולטירט אין א פארקלענערונג אין די IP ווערט, האט די מאלעקולארע רעאקטיוויטעט זיך פארגרעסערט, וואס פארבעסערט די אנווענדבארקייט פון די PVA/NaAlg/גליסערין מאדעל מאלעקול אין עלעקטראָכעמישע דעווייסעס.
דער פינפטער דעסקריפּטאָר אין טאַבעלע 3 איז לאָג פּ, וואָס איז דער לאָגאַריטם פֿון דעם צעטיילונג קאָעפֿיציענט און ווערט גענוצט צו באַשרײַבן צי די סטרוקטור וואָס ווערט שטודירט איז הידראָפֿיליש אָדער הידראָפֿאָביש. אַ נעגאַטיווער לאָג פּ ווערט ווײַזט אויף אַ הידראָפֿיליש מאָלעקול, דאָס הייסט אַז עס צעלאָזט זיך גרינג אין וואַסער און צעלאָזט זיך שלעכט אין אָרגאַנישע סאָלווענטן. אַ פּאָזיטיווער ווערט ווײַזט אויף דעם פאַרקערטן פּראָצעס.
באַזירט אויף די באַקומענע רעזולטאַטן, קען מען אויספירן אַז אַלע סטרוקטורן זענען הידראָפיליש, ווײַל זייערע לאָג פּ ווערטן (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly און 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) זענען -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 און -8.504, בהתאמה, בשעת דער לאָג פּ ווערט פון גליסערין איז בלויז -1.081 און 3PVA-(C10)2Na Alg איז בלויז -3.100. דאָס מיינט אַז די אייגנשאַפטן פון דער סטרוקטור וואָס ווערט שטודירט וועלן זיך ענדערן ווען וואַסער מאָלעקולן ווערן איינגעבויט אין איר סטרוקטור.
צום סוף, די פּאָלאַריזאַביליטיעס פון אַלע סטרוקטורן ווערן אויך אויסגערעכנט אויף דעם PM6 לעוועל ניצנדיק אַ האַלב-עמפּירישע מעטאָדע. עס איז פריער באַמערקט געוואָרן אַז די פּאָלאַריזאַביליטי פון רובֿ מאַטעריאַלן איז אָפּהענגיק פון פֿאַרשידענע פֿאַקטאָרן. דער וויכטיקסטער פֿאַקטאָר איז דער באַנד פֿון דער סטרוקטור אונטער שטודיע. פֿאַר אַלע סטרוקטורן וואָס אַרייַנציען דעם ערשטן טיפּ אינטעראַקציע צווישן 3PVA און 2NaAlg (די אינטעראַקציע פּאַסירט דורך קאַרבאָן אַטאָם נומער 10), ווערט די פּאָלאַריזאַביליטי פֿאַרבעסערט דורך דער צוגאב פֿון גליסערין. די פּאָלאַריזאַביליטי וואַקסט פֿון 29.690 Å צו 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 און 54.638 Å צוליב אינטעראַקציעס מיט 1, 2, 3, 4 און 5 גליסערין איינהייטן. אזוי, האט מען געפונען אז די מאָדעל מאָלעקול מיט דער העכסטער פּאָלאַריזאַביליטי איז 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, בשעת די מאָדעל מאָלעקול מיט דער נידעריגסטער פּאָלאַריזאַביליטי איז 3PVA-(C10)2NaAlg, וואָס איז 29.690 Å.
אן אויספארשונג פון QSAR דיסקריפּטארן האט געוויזן אז די סטרוקטור וואס רעפרעזענטירט 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly איז די מערסט רעאקטיווע פאר דער ערשטער פארגעשלאגענער אינטעראקציע.
פארן צווייטן אינטעראקציע מאָדע צווישן דעם PVA טרימער און דעם NaAlg דימער, ווייזן די רעזולטאַטן אַז זייערע לאָדונגען זענען ענלעך צו די וואָס זענען פארגעשלאגן געוואָרן אין דעם פריערדיקן אָפּטייל פֿאַר דער ערשטער אינטעראקציע. אַלע סטרוקטורן האָבן נול עלעקטראָנישע לאָדונג, וואָס מיינט אַז זיי זענען אַלע אין דעם גרונט צושטאַנד.
ווי געוויזן אין טאַבעלע 4, די TDM ווערטן (קאַלקולירט אויף PM6 לעוועל) פון טערם 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg האָבן זיך געוואַקסן פון 11.581 דעביי צו 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, און 15.756 ווען טערם 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg האָט רעאַגירט מיט 1, 2, 3, 4, 5, און 6 איינהייטן גליסערין. אבער, די גאַנצע ענערגיע פאַרקלענערט זיך מיטן פאַרגרעסערן די צאָל גליצערין איינהייטן, און ווען טערם 1 נאַ אַלדזשי − 3PVA- מיטל 1 נאַ אַלדזשי אינטעראַקטירט מיט אַ געוויסער צאָל גליצערין איינהייטן (1 ביז 6), איז די גאַנצע ענערגיע − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964, און − 1637.432 eV, ריספּעקטיוולי.
פאר דער צווייטער אינטעראקציע ווארשיינליכקייט, IP, Log P און פאלאריזירבארקייט ווערן אויך אויסגערעכנט אויף דעם PM6 לעוועל פון טעאריע. דעריבער, האבן זיי באטראכט די דריי מערסט שטארקע דיסקריפּטארן פון מאלעקולארער רעאקטיוויטעט. פאר די סטרוקטורן וואס רעפרעזענטירן End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg וואס אינטעראקטירן מיט 1, 2, 3, 4, 5 און 6 גליסערין איינהייטן, וואקסט IP פון −9.385 eV צו −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 און −8.900 eV. אבער, דער אויסגערעכנטער Log P ווערט איז געווען נידעריגער צוליב דער פלאסטיזיקייט פון End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg מיט גליסערין. ווי דער גליצערין אינהאַלט וואַקסט פון 1 ביז 6, ווערן זיינע ווערטן -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 און -10.53 אַנשטאָט -3.643. צום סוף, די פּאָלאַריזאַביליטי דאַטן האָבן געוויזן אַז אַ פאַרגרעסערונג פון דעם גליצערין אינהאַלט האָט רעזולטירט אין אַ פאַרגרעסערונג פון דער פּאָלאַריזאַביליטי פון טערם 1 נאַ אַלג-3PVA-מיד 1 נאַ אַלג. די פּאָלאַריזאַביליטי פון דעם מאָדעל מאָלעקול טערם 1 נאַ אַלג-3PVA-מיד 1 נאַ אַלג איז געוואַקסן פון 31.703 Å צו 63.198 Å נאָך אינטעראַקציע מיט 6 גליצערין איינהייטן. עס איז וויכטיק צו באַמערקן אַז אַ פאַרגרעסערונג פון דער צאָל גליצערין איינהייטן אין דער צווייטער אינטעראַקציע וואַרשיינלעכקייט איז דורכגעפירט געוואָרן צו באַשטעטיקן אַז טראָץ דער גרויסער צאָל אַטאָמען און קאָמפּלעקסער סטרוקטור, ווערט די פאָרשטעלונג נאָך אַלץ פֿאַרבעסערט מיט דער פאַרגרעסערונג פון גליצערין אינהאַלט. אזוי, קען מען זאגן אז די פארהאן PVA/Na Alg/גליצערין מאדעל קען טיילווייז פארטרעטן ליטיום-יאָן באַטעריעס, אבער מער פאָרשונג און אַנטוויקלונג איז נויטיק.
כאַראַקטעריזירן די בינדונג קאַפּאַציטעט פון אַן ייבערפלאַך צו אַן אַדסאָרבאַט און עוואַלויִרן די יינציקע ינטעראַקשאַנז צווישן די סיסטעמען ריקווייערז וויסן פון די טיפּ פון בונד וואָס עקזיסטירט צווישן קיין צוויי אַטאָמען, די קאָמפּלעקסיטי פון ינטערמאָלעקולאַר און ינטראַמאָלעקולאַר ינטעראַקשאַנז, און די עלעקטראָן געדיכטקייַט פאַרשפּרייטונג פון די ייבערפלאַך און די אַדסאָרבענט. די עלעקטראָן געדיכטקייַט בייַ די בונד קריטיש פונט (BCP) צווישן די ינטעראַקטינג אַטאָמען איז קריטיש פֿאַר אַסעססינג די בונד שטאַרקייַט אין QTAIM אַנאַליסיס. די העכער די עלעקטראָן אָפּצאָל געדיכטקייַט, די מער סטאַביל די קאָוואַלענט ינטעראַקשאַן און, אין אַלגעמיין, די העכער די עלעקטראָן געדיכטקייַט בייַ די קריטיש פונקטן. דערצו, אויב ביידע די גאַנץ עלעקטראָן ענערגיע געדיכטקייַט (H(r)) און די לאַפּלאַס אָפּצאָל געדיכטקייַט (∇2ρ(r)) זענען ווייניקער ווי 0, דאָס ינדיקייץ די בייַזייַן פון קאָוואַלענט (אַלגעמיין) ינטעראַקשאַנז. אויף די אנדערע האַנט, ווען ∇2ρ(r) און H(r) זענען גרעסער ווי 0.54, עס ינדיקייץ די בייַזייַן פון ניט-קאָוואַלענט (פאַרמאַכט שאָל) ינטעראַקשאַנז אַזאַ ווי שוואַך הידראָגען בונדן, וואַן דער וואַלס כוחות און עלעקטראָסטאַטיק ינטעראַקשאַנז. QTAIM אנאליז האט אנטפלעקט די נאטור פון נישט-קאוואלענטע אינטעראקציעס אין די שטודירטע סטרוקטורן ווי געוויזן אין פיגורן 7 און 8. באזירט אויף דער אנאליז, די מאדעל מאלעקולן וואס רעפרעזענטירן 3PVA − 2Na Alg און Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg האבן געוויזן העכערע סטאביליטעט ווי די מאלעקולן וואס אינטעראקטירן מיט פארשידענע גליצין איינהייטן. דאס איז ווייל א צאל נישט-קאוואלענטע אינטעראקציעס וואס זענען מער פארשפרייט אין דער אלדזשינאט סטרוקטור, ווי למשל עלעקטראסטאטישע אינטעראקציעס און וואסערשטאף בונדס, ערמעגליכן אלדזשינאט צו סטאביליזירן די קאמפאזיטן. ווייטער, אונזערע רעזולטאטן ווייזן די וויכטיקייט פון נישט-קאוואלענטע אינטעראקציעס צווישן די 3PVA − 2Na Alg און Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg מאדעל מאלעקולן און גליצין, וואס ווייזט אז גליצין שפילט א וויכטיגע ראלע אין מאדיפיצירן די אלגעמיינע עלעקטראנישע סביבה פון די קאמפאזיטן.
QTAIM אנאליז פון די מאָדעל מאלעקול 3PVA − 2NaAlg וואָס אינטעראַקטירט מיט (א) 0 גליי, (ב) 1 גליי, (ג) 2 גליי, (ד) 3 גליי, (ה) 4 גליי, און (ו) 5 גליי.