Control racional de la conducción iónica del líquido iónico encapsulado mediante la fluoración de estructuras...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química
• Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los materiales híbridos ofrecen combinaciones versátiles para conductores de estado sólido.
• Los líquidos iónicos (IL) son electrolitos prometedores, pero requieren marcos adecuados para un rendimiento óptimo.
• Las estructuras metálicas orgánicas (MOF) proporcionan estructuras porosas ajustables para encapsular IL.

Objetivo del estudio:

• Demostrar la modificación química de los ligandos MOF para el control de la conductividad iónica de las IL encapsuladas.
• Investigar el efecto de los ligandos fluorados en los MOF sobre la difusividad iónica de la amida de 1-etil-3-metillimidazolio bis ((EMI) ((TFSA)).
• Para dilucidar el mecanismo detrás de la conductividad iónica mejorada utilizando simulaciones computacionales.

Principales métodos:

• Síntesis de MOFs microporosos isoreticulares basados en zinc con diversas modificaciones de los ligandos (incluidos los ligandos fluorados).
• Encapsulación del líquido iónico (EMI) en poros de MOF a diferentes niveles de llenado volumétrico (50% y 100%).
• Medición de la conductividad iónica y la difusividad de la IL encapsulada.
• Simulaciones computacionales (por ejemplo, dinámica molecular) para estudiar la movilidad de iones e interacciones dentro de los marcos MOF.

Principales resultados:

• La conductividad iónica más alta se logró cuando (EMI) ((TFSA) se encapsuló en un MOF fluoro a un nivel de llenado del 50%.
• La difusividad iónica en el MOF fluorado fue un orden de magnitud mayor en comparación con el MOF no fluorado a un llenado del 50%.
• Las simulaciones computacionales revelaron que las interacciones C-H··F en los MOF no fluorados restringen la movilidad (EMI) y (TFSA), mientras que los ligandos fluorados suprimen estas interacciones.
• Al 100% de llenado, la fluoración del ligando tuvo un efecto menos pronunciado en la migración iónica debido a la eliminación de distribuciones variadas de IL.

Conclusiones:

• La modificación química de los ligandos MOF es una estrategia viable para controlar la conductividad iónica de las IL encapsuladas.
• La introducción de átomos de flúor en los ligandos MOF mejora la difusividad iónica al mitigar las interacciones intermoleculares perjudiciales.
• El efecto de la modificación del marco en la conductividad iónica depende del nivel de llenado de IL.