Tapadh leibh airson tadhal air nature.com. Tha taic CSS cuibhrichte aig an dreach brabhsair a tha thu a’ cleachdadh. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh an dreach brabhsair as ùire a chleachdadh (no modh co-chòrdalachd a chuir dheth ann an Internet Explorer). A bharrachd air sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, cha bhith stoidhlichean no JavaScript air an làrach seo.
Air sgàth an stòrais sodium pailt, tha bataraidhean sodium-ion (NIBs) a’ riochdachadh fuasgladh gealltanach eile airson stòradh lùtha electroceimiceach. An-dràsta, is e dìth stuthan electrode as urrainn ianan sodium a stòradh/a leigeil ma sgaoil gu h-ath-thionndaidheach airson ùine mhòr am prìomh bhacadh ann an leasachadh teicneòlas NIB. Mar sin, is e amas an sgrùdaidh seo sgrùdadh teòiridheach a dhèanamh air buaidh cur-ris glycerol air measgachaidhean polyvinyl alcohol (PVA) agus sodium alginate (NaAlg) mar stuthan electrode NIB. Tha an sgrùdadh seo ag amas air tuairisgeulan dàimh structar-gnìomhachd dealain, teirmeach agus cainneachdail (QSAR) de electrolytes polymer stèidhichte air measgachaidhean PVA, sodium alginate agus glycerol. Tha na feartan sin air an sgrùdadh a’ cleachdadh dhòighean leth-empirigeach agus teòiridh gnìomh dùmhlachd (DFT). Bho nochd an anailis structarail mion-fhiosrachadh nan eadar-obrachaidhean eadar PVA/alginate agus glycerol, chaidh lùth beàrn a’ chòmhlain (Eg) a sgrùdadh. Tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil cur-ris glycerol ag adhbhrachadh lùghdachadh ann an luach Eg gu 0.2814 eV. Tha uachdar comas electrostatach moileciuil (MESP) a’ sealltainn sgaoileadh roinnean beairteach is bochd ann an electronan agus cosgaisean moileciuil anns an t-siostam electrolyte gu lèir. Am measg nam paramadairean teirmeach a chaidh a sgrùdadh tha enthalpy (H), entropy (ΔS), comas teas (Cp), lùth shaor Gibbs (G) agus teas cruthachaidh. A bharrachd air an sin, chaidh grunn thuairisgeulan dàimh structar-gnìomhachd cainneachdail (QSAR) leithid mionaid dipole iomlan (TDM), lùth iomlan (E), comas ianachaidh (IP), Log P agus polarizability a sgrùdadh san sgrùdadh seo. Sheall na toraidhean gun do dh’ èirich H, ΔS, Cp, G agus TDM le àrdachadh ann an teòthachd agus susbaint glycerol. Aig an aon àm, lùghdaich teas cruthachaidh, IP agus E, a leasaich an ath-ghnìomhachd agus am polarizability. A bharrachd air an sin, le bhith a’ cur glycerol ris, dh’ èirich bholtaids na cealla gu 2.488 V. Tha àireamhachadh DFT agus PM6 stèidhichte air electrolytes stèidhichte air glycerol PVA / Na Alg a tha cosg-èifeachdach a’ sealltainn gun urrainn dhaibh bataraidhean lithium-ion a chuir an àite gu ìre air sgàth an ioma-ghnìomhachd, ach tha feum air tuilleadh leasachaidhean agus rannsachaidh.
Ged a thathas a’ cleachdadh bataraidhean lithium-ion (LIBn) gu farsaing, tha mòran chuingealachaidhean ann air sgàth an cuid beatha goirid, cosgais àrd, agus draghan sàbhailteachd. Dh’ fhaodadh bataraidhean sodium-ion (SIBn) a bhith nan roghainn eile a tha comasach an àite LIBn air sgàth cho furasta ‘s a tha iad a bhith rim faighinn, cosgais ìseal, agus neo-phuinnseanta an eileamaid sodium. Tha bataraidhean sodium-ion (SIBn) a’ sìor fhàs cudromach mar shiostam stòraidh lùtha airson innealan dealan-cheimigeach1. Tha bataraidhean sodium-ion an urra gu mòr ri electrolytes gus còmhdhail ian a dhèanamh nas fhasa agus sruth dealain a ghineadh2,3. Tha electrolytes leaghaidh air an dèanamh suas sa mhòr-chuid de shalainn meatailt agus fuasglaidhean organach. Feumaidh tagraidhean practaigeach beachdachadh faiceallach air sàbhailteachd electrolytes leaghaidh, gu sònraichte nuair a tha am bataraidh fo chuideam teirmeach no dealain4.
Thathar an dùil gun cuir bataraidhean sodium-ion (SIBn) àite bataraidhean lithium-ion a dh’ aithghearr air sgàth cho pailt sa tha na stòran-mara aca, neo-phuinnseanta, agus cosgais stuthan ìosal. Tha co-chur nano-stuthan air leasachadh innealan stòraidh dàta, dealanach, agus optigeach a luathachadh. Tha mòran litreachas air sealltainn gu bheil diofar nano-structaran (me, ocsaidean meatailt, graphene, nanotubes, agus fullerenes) air an cleachdadh ann am bataraidhean sodium-ion. Tha rannsachadh air fòcas a chuir air leasachadh stuthan anod, a’ gabhail a-steach polymers, airson bataraidhean sodium-ion air sgàth an iomadachd agus an càirdeas àrainneachdail. Gun teagamh bidh ùidh rannsachaidh ann an raon bataraidhean polymer ath-thagraidh ag àrdachadh. Tha e coltach gun ullaich stuthan electrode polymer ùr-nodha le structaran agus feartan sònraichte an t-slighe airson teicneòlasan stòraidh lùtha a tha càirdeil don àrainneachd. Ged a chaidh diofar stuthan electrode polymer a sgrùdadh airson an cleachdadh ann am bataraidhean sodium-ion, tha an raon seo fhathast aig ìrean tràtha leasachaidh. Airson bataraidhean sodium-ion, feumar barrachd stuthan polymer le rèiteachaidhean structarail eadar-dhealaichte a sgrùdadh. Stèidhichte air an eòlas a th’ againn an-dràsta air mar a stòras ianan sodium ann an stuthan electrode polymer, faodar a ràdh gum faod buidhnean carbonyl, radicals saor, agus heteroatoms anns an t-siostam co-cheangailte a bhith nan làraichean gnìomhach airson eadar-obrachadh le ianan sodium. Mar sin, tha e deatamach polymers ùra a leasachadh le dùmhlachd àrd de na làraichean gnìomhach sin. Tha electrolyte polymer gel (GPE) na theicneòlas eile a leasaicheas earbsachd bataraidh, seoltachd ian, gun aodion, sùbailteachd àrd, agus deagh choileanadh12.
Tha matraisichean polaimeir a’ toirt a-steach stuthan leithid PVA agus polyethylene oxide (PEO)13. Bidh polaimeir treòite gel (GPE) a’ cur an electrolyte leaghaidh gun ghluasad anns a’ mhaitris polaimeir, a lughdaicheas cunnart aodion an taca ri dealadairean malairteach14. Tha PVA na polaimeir bith-ruigsinneach synthetigeach. Tha ceadachd àrd aige, tha e saor agus neo-phuinnseanta. Tha an stuth ainmeil airson a fheartan cruthachadh-film, seasmhachd cheimigeach agus greamachadh. Tha buidhnean gnìomh (OH) aige cuideachd agus dùmhlachd comas ceangail-crois àrd15,16,17. Chaidh measgachadh polaimeir, cur-ris plasticizer, cur-ris co-dhèanta agus dòighean polaimeireachaidh in situ a chleachdadh gus seoltachd electrolytes polaimeir stèidhichte air PVA a leasachadh gus criostalachd a’ mhaitris a lughdachadh agus sùbailteachd slabhraidh a mheudachadh18,19,20.
Tha measgachadh na dhòigh chudromach airson stuthan polymeric a leasachadh airson cleachdaidhean gnìomhachais. Bithear tric a’ cleachdadh measgachaidhean polymeric gus: (1) feartan giullachd polymeric nàdarra a leasachadh ann an cleachdaidhean gnìomhachais; (2) feartan ceimigeach, corporra agus meacanaigeach stuthan bith-mhillidh a leasachadh; agus (3) atharrachadh a rèir an iarrtas a tha ag atharrachadh gu luath airson stuthan ùra ann an gnìomhachas pacaidh bìdh. Eu-coltach ri copolymerization, tha measgachadh polymeric na phròiseas cosgais ìseal a bhios a’ cleachdadh pròiseasan corporra sìmplidh seach pròiseasan ceimigeach iom-fhillte gus na feartan a tha thu ag iarraidh a choileanadh21. Gus homopolymers a chruthachadh, faodaidh diofar polymers eadar-obrachadh tro fheachdan dipole-dipole, bannan haidridean, no co-thàthaidhean gluasaid-luchd22,23. Faodaidh measgachaidhean air an dèanamh bho polymers nàdarra agus synthetigeach deagh bith-cho-fhreagarrachd a chur còmhla ri feartan meacanaigeach sàr-mhath, a’ cruthachadh stuth nas fheàrr aig cosgais cinneasachaidh ìosal24,25. Mar sin, tha ùidh mhòr air a bhith ann a bhith a’ cruthachadh stuthan polymeric bith-bhuntainneach le bhith a’ measgachadh polymers synthetigeach agus nàdarra. Faodar PVA a chur còmhla ri sodium alginate (NaAlg), ceallalòs, chitosan agus stalc26.
'S e polymer nàdarrach agus polysaccharide anionach a th' ann an sodium alginate a tha air a thoirt a-mach à lìonanaich dhonn mara. Tha sodium alginate air a dhèanamh suas de dh'aigéad D-mannuronic (M) ceangailte ri β-(1-4) agus searbhag L-guluronic (G) ceangailte ri α-(1-4) air an eagrachadh ann an cruthan homopolymeric (poly-M agus poly-G) agus blocaichean heteropolymeric (MG no GM)27. Tha buaidh mhòr aig susbaint agus co-mheas coimeasach bhlocaichean M agus G air feartan ceimigeach agus corporra alginate28,29. Tha sodium alginate air a chleachdadh agus air a sgrùdadh gu farsaing air sgàth a bhith bith-mhillidh, bith-cho-fhreagarrachd, cosgais ìseal, deagh fheartan cruthachadh film, agus neo-phuinnseanta. Ach, tha àireamh mhòr de bhuidhnean hydroxyl (OH) agus carboxylate (COO) an-asgaidh anns an t-sreath alginate a’ dèanamh alginate gu math hydrophilic. Ach, tha droch fheartan meacanaigeach aig alginate air sgàth cho brisg agus cho cruaidh ‘s a tha e. Mar sin, faodar alginate a chur còmhla ri stuthan synthetigeach eile gus cugallachd uisge agus feartan meacanaigeach a leasachadh30,31.
Mus tèid stuthan electrod ùra a dhealbhadh, bidh àireamhachadh DFT gu tric air an cleachdadh gus measadh a dhèanamh air dè cho furasta ‘s a tha e stuthan ùra a dhèanamh. A bharrachd air an sin, bidh luchd-saidheans a’ cleachdadh modaladh moileciuil gus toraidhean deuchainneach a dhearbhadh agus a ro-innse, ùine a shàbhaladh, sgudal ceimigeach a lughdachadh, agus giùlan eadar-obrachaidh a ro-innse32. Tha modaladh moileciuil air a thighinn gu bhith na mheur cumhachdach is cudromach de shaidheans ann an iomadh raon, a’ gabhail a-steach saidheans stuthan, nano-stuthan, ceimigeachd coimpiutaireachd, agus lorg dhrogaichean33,34. Le bhith a’ cleachdadh phrògraman modaladh, faodaidh luchd-saidheans dàta moileciuil fhaighinn gu dìreach, a’ gabhail a-steach lùth (teas cruthachaidh, comas ianachaidh, lùth gnìomhachaidh, msaa.) agus geoimeatraidh (ceàrnan ceangail, faid ceangail, agus ceàrnan torsion)35. A bharrachd air an sin, faodar feartan dealain (cosgais, lùth beàrn còmhlan HOMO agus LUMO, dàimh electron), feartan speactram (modhan crithidh sònraichte agus dian leithid speactra FTIR), agus feartan meud (meud, sgaoileadh, slaodachd, modulus, msaa.)36 obrachadh a-mach.
Tha buannachdan comasach aig LiNiPO4 ann a bhith a’ farpais ri stuthan electrode dearbhach bataraidh lithium-ion air sgàth an dùmhlachd lùtha àrd a th’ aige (bholtaids obrach de mu 5.1 V). Gus làn bhuannachd fhaighinn à buannachd LiNiPO4 anns an roinn àrd-bholtaids, feumar am bholtaids obrach a lùghdachadh leis nach urrainn don electrolyte àrd-bholtaids a chaidh a leasachadh an-dràsta fuireach seasmhach ach aig bholtaids fo 4.8 V. Rinn Zhang et al. sgrùdadh air doping a h-uile meatailt gluasaid 3d, 4d, agus 5d ann an làrach Ni de LiNiPO4, thagh iad na pàtrain doping le coileanadh electroceimiceach sàr-mhath, agus dh’ atharraich iad bholtaids obrach LiNiPO4 fhad ‘s a bha iad a’ cumail suas seasmhachd coimeasach a choileanadh electroceimiceach. B’ e na bholtaids obrach as ìsle a fhuair iad 4.21, 3.76, agus 3.5037 airson LiNiPO4 le doping Ti, Nb, agus Ta, fa leth.
Mar sin, is e amas an sgrùdaidh seo sgrùdadh teòiridheach a dhèanamh air buaidh glycerol mar phlastaigiche air feartan dealanach, tuairisgeulan QSAR agus feartan teirmeach siostam PVA/NaAlg a’ cleachdadh àireamhachadh meacanaigeach cuantamach airson a chur an sàs ann am bataraidhean ian-ion ath-luchdaichte. Chaidh na h-eadar-obrachaidhean moileciuil eadar modail PVA/NaAlg agus glycerol a sgrùdadh a’ cleachdadh teòiridh atamach cuantamach moileciuilean Bader (QTAIM).
Chaidh modail moileciuil a’ riochdachadh eadar-obrachadh PVA le NaAlg agus an uairsin le glycerol a bharrachadh le bhith a’ cleachdadh DFT. Chaidh am modail obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh bathar-bog Gaussian 0938 aig Roinn Speictreasgòpaidh, Ionad Rannsachaidh Nàiseanta, Cairo, an Èiphit. Chaidh na modailean a bharrachadh le bhith a’ cleachdadh DFT aig ìre B3LYP/6-311G(d, p)39,40,41,42. Gus an eadar-obrachadh eadar na modailean a chaidh a sgrùdadh a dhearbhadh, tha sgrùdaidhean tricead a chaidh a dhèanamh aig an aon ìre teòiridh a’ sealltainn seasmhachd an geoimeatraidh bharraichte. Tha dìth triceadan àicheil am measg nan triceadan uile a chaidh a mheasadh a’ soilleireachadh an structar a chaidh a thoirt a-mach anns na fìor minima deimhinneach air uachdar an lùtha a dh’fhaodadh a bhith ann. Chaidh paramadairean corporra leithid TDM, lùth beàrn còmhlan HOMO/LUMO agus MESP obrachadh a-mach aig an aon ìre teòiridh meacanaigeach cuantamach. A bharrachd air sin, chaidh cuid de pharaimeatairean teirmeach leithid teas cruthachaidh deireannach, lùth shaor, entropy, enthalpy agus comas teas obrachadh a-mach a’ cleachdadh nam foirmlean a tha air an toirt seachad ann an Clàr 1. Chaidh na modailean a chaidh a sgrùdadh a chur fo mhion-sgrùdadh teòiridh cuantamach ataman ann am moileciuilean (QTAIM) gus na h-eadar-obrachaidhean a tha a’ tachairt air uachdar nan structaran a chaidh a sgrùdadh a chomharrachadh. Chaidh na h-àireamhachadh seo a dhèanamh a’ cleachdadh an àithne “output=wfn” ann an còd bathar-bog Gaussian 09 agus an uairsin chaidh an taisbeanadh le bhith a’ cleachdadh còd bathar-bog Avogadro43.
Far a bheil E na lùth a-staigh, P na chuideam, V na tomhas-lìonaidh, Q na iomlaid teas eadar an siostam agus an àrainneachd aige, T na teòthachd, ΔH an t-atharrachadh enthalpy, ΔG an t-atharrachadh lùth shaor, ΔS an t-atharrachadh entropy, a agus b na paramadairean crithidh, q an cosgais atamach, agus C dùmhlachd electron atamach44,45. Mu dheireadh, chaidh na h-aon structaran a bharrachadh agus chaidh na paramadairean QSAR obrachadh a-mach aig ìre PM6 a’ cleachdadh còd bathar-bog SCIGRESS46 aig Roinn Speictreasgòpaidh Ionad Rannsachaidh Nàiseanta ann an Cairo, an Èiphit.
Anns an obair a bh’ againn roimhe47, rinn sinn measadh air a’ mhodail as coltaiche a tha a’ toirt cunntas air eadar-obrachadh trì aonadan PVA le dà aonad NaAlg, le glycerol ag obair mar phlastaigiche. Mar a chaidh ainmeachadh gu h-àrd, tha dà chothrom ann airson eadar-obrachadh PVA agus NaAlg. Tha an luach beàrn lùtha as lugha48 aig an dà mhodail, air an ainmeachadh mar 3PVA-2Na Alg (stèidhichte air àireamh charboin 10) agus Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, an taca ris na structaran eile a chaidh beachdachadh. Mar sin, chaidh buaidh cur-ris Gly air a’ mhodail as coltaiche den polymer measgachadh PVA / Na Alg a sgrùdadh a’ cleachdadh an dà structar mu dheireadh: 3PVA-(C10)2Na Alg (air ainmeachadh mar 3PVA-2Na Alg airson sìmplidheachd) agus Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. A rèir an litreachas, chan urrainn dha PVA, NaAlg agus glycerol ach ceanglaichean haidridean lag a chruthachadh eadar buidhnean gnìomh haidreocsaile. Leis gu bheil grunn bhuidhnean OH anns an dà chuid trimer PVA agus an dimer NaAlg agus glycerol, faodar an conaltradh a thoirt gu buil tro aon de na buidhnean OH. Tha Figear 1 a’ sealltainn an eadar-obrachadh eadar am moileciuil modail glycerol agus am moileciuil modail 3PVA-2Na Alg, agus tha Figear 2 a’ sealltainn a’ mhodail thogte den eadar-obrachadh eadar am moileciuil modail Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg agus diofar dùmhlachdan de glycerol.
Structaran air an leasachadh: (a) Bidh Gly agus 3PVA − 2Na Alg ag eadar-obrachadh le (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, agus (f) 5 Gly.
Structaran leasaichte de Alg 1Na Term-3PVA –Mid 1Na Alg ag eadar-obrachadh le (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, agus (f) 6 Gly.
Tha lùth beàrn còmhlan nan electronan na pharaimeadar cudromach ri bheachdachadh nuair a thathar a’ sgrùdadh ath-ghnìomhachd stuth electrod sam bith. Leis gu bheil e a’ toirt cunntas air giùlan electronan nuair a bhios an stuth fo ùmhlachd atharrachaidhean bhon taobh a-muigh. Mar sin, tha e riatanach lùth beàrn còmhlan nan electronan aig HOMO/LUMO a mheasadh airson a h-uile structar a chaidh a sgrùdadh. Tha Clàr 2 a’ sealltainn nan atharrachaidhean ann an lùths HOMO/LUMO de 3PVA-(C10)2Na Alg agus Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg mar thoradh air cur-ris glycerol. A rèir ref47, tha luach Eg de 3PVA-(C10)2Na Alg aig 0.2908 eV, agus tha luach Eg an structair a tha a’ nochdadh coltachd an dàrna eadar-obrachaidh (ie, Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) aig 0.5706 eV.
Ach, chaidh a lorg gun tug cur-ris glìsearol atharrachadh beag air luach Eg 3PVA-(C10)2Na Alg. Nuair a dh’eadar-obrachadh 3PVA-(C10)2NaAlg le 1, 2, 3, 4 agus 5 aonadan glìsearol, dh’fhàs na luachan Eg aige 0.302, 0.299, 0.308, 0.289 agus 0.281 eV, fa leth. Ach, tha sealladh luachmhor ann, às dèidh 3 aonadan glìsearol a chur ris, gun d’fhàs luach Eg nas lugha na luach 3PVA-(C10)2Na Alg. ’S e am modail a tha a’ riochdachadh eadar-obrachadh 3PVA-(C10)2Na Alg le còig aonadan glìsearol am modail eadar-obrachaidh as coltaiche. Tha seo a’ ciallachadh, mar a bhios an àireamh de dh’aonadan glìsearol ag àrdachadh, gum bi coltachd eadar-obrachaidh ag àrdachadh cuideachd.
Aig an aon àm, airson an dàrna coltachd eadar-obrachaidh, bidh lùths HOMO/LUMO nam moileciuilean modail a’ riochdachadh Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly agus Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly a’ fàs 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 agus 0.496 eV, fa leth. Tha Clàr 2 a’ sealltainn na lùths beàrn còmhlan HOMO/LUMO a chaidh obrachadh a-mach airson a h-uile structar. A bharrachd air an sin, tha an aon ghiùlan de chothroman eadar-obrachaidh a’ chiad bhuidheann air ath-aithris an seo.
Tha teòiridh a’ chòmhlain ann am fiosaigs staid chruaidh ag ràdh, mar a bhios beàrn a’ chòmhlain ann an stuth electrod a’ lùghdachadh, gum bi seoltachd dealain an stuth ag àrdachadh. Tha doping na dhòigh chumanta airson beàrn a’ chòmhlain ann an stuthan catod sodium-ion a lùghdachadh. Chleachd Jiang et al. doping Cu gus seoltachd dealain stuthan sreathan β-NaMnO2 a leasachadh. A’ cleachdadh àireamhachadh DFT, fhuair iad a-mach gun do lughdaich doping beàrn a’ chòmhlain anns an stuth bho 0.7 eV gu 0.3 eV. Tha seo a’ nochdadh gu bheil doping Cu a’ leasachadh seoltachd dealain stuth β-NaMnO2.
Tha MESP air a mhìneachadh mar an lùth eadar-obrachaidh eadar an sgaoileadh cosgais moileciuil agus aon chosgais dheimhinneach. Thathas den bheachd gur e inneal èifeachdach a th’ ann am MESP airson tuigse fhaighinn air agus mìneachadh a thoirt air feartan ceimigeach agus ath-ghnìomhachd. Faodar MESP a chleachdadh gus tuigse fhaighinn air na dòighean anns a bheil stuthan polaimeireach ag eadar-obrachadh. Tha MESP a’ toirt cunntas air an sgaoileadh cosgais taobh a-staigh a’ cho-thàthaidh fo sgrùdadh. A bharrachd air an sin, tha MESP a’ toirt seachad fiosrachadh mu na làraichean gnìomhach anns na stuthan fo sgrùdadh32. Tha Figear 3 a’ sealltainn plotaichean MESP de 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, agus 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly air a ro-innse aig ìre teòiridh B3LYP/6-311G(d, p).
Comharran MESP air an obrachadh a-mach le B3LYP/6-311 g(d, p) airson (a) Gly agus 3PVA − 2Na Alg ag eadar-obrachadh le (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, agus (f) 5 Gly.
Aig an aon àm, tha Figear 4 a’ sealltainn nan toraidhean obraichte de MESP airson Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg, Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg-1Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg − 2Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg − 3gly, Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg − 4Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg- 5gly agus Term 1Na Alg-3PVA – Meadhan 1Na Alg − 6Gly, fa leth. Tha am MESP obraichte air a riochdachadh mar ghiùlan cumadh. Tha na loidhnichean cumadh air an riochdachadh le diofar dhathan. Tha gach dath a’ riochdachadh luach eadar-dhealaichte dealan-àicheileachd. Tha an dath dearg a’ comharrachadh nan làraichean gu math dealan-àicheil no ath-ghnìomhach. Aig an aon àm, tha an dath buidhe a’ riochdachadh nan làraichean neodrach 49, 50, 51 anns an structar. Sheall toraidhean MESP gun do dh’àrdaich ath-ghnìomhachd 3PVA-(C10)2Na Alg le àrdachadh ann an dath dearg timcheall air na modailean a chaidh a sgrùdadh. Aig an aon àm, tha dian an dath dearg ann am mapa MESP den mholaciul modail Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg a’ lùghdachadh air sgàth an eadar-obrachaidh le diofar shusbaint glycerol. Tha an t-atharrachadh ann an sgaoileadh an dath dearg timcheall air an structar a chaidh a mholadh a’ nochdadh an ath-ghnìomhachd, agus tha an àrdachadh ann an dian a’ dearbhadh an àrdachadh ann an dealan-àicheileachd moileciuil modail 3PVA-(C10)2Na Alg air sgàth àrdachadh ann an susbaint glycerol.
Teirm MESP obraichte le B3LYP/6-311 g(d, p) de 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ag eadar-obrachadh le (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly, agus (f) 6 Gly.
Tha paramadairean teirmeach aig a h-uile structar a thathar a’ moladh leithid enthalpy, entropy, comas teas, lùth shaor agus teas cruthachaidh air an obrachadh a-mach aig diofar theodhachdan anns an raon bho 200 K gu 500 K. Gus giùlan shiostaman fiosaigeach a mhìneachadh, a bharrachd air a bhith a’ sgrùdadh an giùlan dealanach, tha e riatanach cuideachd an giùlan teirmeach aca a sgrùdadh mar ghnìomh teòthachd air sgàth an eadar-obrachadh le chèile, a ghabhas obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh nan co-aontaran a tha air an toirt seachad ann an Clàr 1. Thathas den bheachd gur e comharradh cudromach a th’ ann an sgrùdadh nam paramadairean teirmeach seo air freagairteachd agus seasmhachd nan siostaman fiosaigeach sin aig diofar theodhachdan.
A thaobh entalpaidh trimer PVA, bidh e an toiseach ag ath-fhreagairt leis an dimer NaAlg, an uairsin tron ​​bhuidheann OH a tha ceangailte ri dadam gualain #10, agus mu dheireadh le glycerol. Is e tomhas den lùth ann an siostam teirmeadainimigeach a th’ ann an entalpaidh. Tha entalpaidh co-ionann ris an teas iomlan ann an siostam, a tha co-ionann ri lùth a-staigh an t-siostaim a bharrachd air toradh a mheud agus a chuideam. Ann am faclan eile, tha entalpaidh a’ sealltainn dè an ìre de theas agus obair a thèid a chur ri no a thoirt air falbh bho stuth52.
Tha Figear 5 a’ sealltainn nan atharrachaidhean enthalpy rè ath-bhualadh 3PVA-(C10)2Na Alg le diofar dùmhlachdan glycerol. Tha na giorrachaidhean A0, A1, A2, A3, A4, agus A5 a’ riochdachadh nam moileciuilean modail 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, agus 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, fa leth. Tha Figear 5a a’ sealltainn gu bheil an enthalpy ag àrdachadh le àrdachadh ann an teòthachd agus susbaint glycerol. Tha entalpaidh an structair a tha a’ riochdachadh 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (ie, A5) aig 200 K 27.966 cal/mol, agus tha entalpaidh an structair a tha a’ riochdachadh 3PVA-2NaAlg aig 200 K 13.490 cal/mol. Mu dheireadh, leis gu bheil an entalpaidh deimhinneach, tha an ath-bhualadh seo endothermic.
Tha entropy air a mhìneachadh mar thomhas air an lùth nach eil ri fhaighinn ann an siostam teirmeadainimigeach dùinte agus gu tric thathas ga mheas mar thomhas air eas-òrdugh an t-siostaim. Tha Figear 5b a’ sealltainn an atharrachaidh ann an entropy 3PVA-(C10)2NaAlg le teòthachd agus mar a bhios e ag eadar-obrachadh le diofar aonadan glycerol. Tha a’ ghraf a’ sealltainn gu bheil an entropy ag atharrachadh gu loidhneach mar a bhios an teòthachd ag èirigh bho 200 K gu 500 K. Tha Figear 5b a’ sealltainn gu soilleir gu bheil entropy modail 3PVA-(C10)2Na Alg buailteach a bhith 200 cal/K/mol aig 200 K leis gu bheil nas lugha de eas-òrdugh cliathaich aig modail 3PVA-(C10)2Na Alg. Mar a bhios an teòthachd ag èirigh, bidh modail 3PVA-(C10)2Na Alg a’ fàs neo-òrdail agus a’ mìneachadh an àrdachadh ann an entropy le teòthachd ag èirigh. A bharrachd air an sin, tha e follaiseach gu bheil an luach entropy as àirde aig structar 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly.
Chithear an aon ghiùlan ann am Figear 5c, a sheallas an atharrachadh ann an comas teas le teòthachd. Is e comas teas an ìre teas a dh’ fheumar gus teòthachd meud sònraichte de stuth atharrachadh le 1 °C47. Tha Figear 5c a’ sealltainn nan atharrachaidhean ann an comas teas moileciuil a’ mhodail 3PVA-(C10)2NaAlg mar thoradh air eadar-obrachaidhean le 1, 2, 3, 4, agus 5 aonadan glycerol. Tha am figear a’ sealltainn gu bheil comas teas a’ mhodail 3PVA-(C10)2NaAlg ag àrdachadh gu loidhneach le teòthachd. Tha an àrdachadh a chithear ann an comas teas le teòthachd ag àrdachadh air a chur às leth crithidhean teirmeach fonon. A bharrachd air an sin, tha fianais ann gu bheil àrdachadh ann an susbaint glycerol a’ leantainn gu àrdachadh ann an comas teas a’ mhodail 3PVA-(C10)2NaAlg. A bharrachd air an sin, tha an structar a’ sealltainn gu bheil an luach comas teas as àirde aig 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly an taca ri structaran eile.
Chaidh paramadairean eile leithid lùth shaor agus teas cruthachaidh deireannach obrachadh a-mach airson nan structaran a chaidh a sgrùdadh agus tha iad air an sealltainn ann am Figear 5d agus e, fa leth. Is e an teas cruthachaidh deireannach an teas a thèid a leigeil ma sgaoil no a ghabhail a-steach rè cruthachadh stuth fìor-ghlan bho na h-eileamaidean co-phàirteach aige fo chuideam cunbhalach. Faodar lùth shaor a mhìneachadh mar fheart coltach ri lùth, i.e., tha a luach an urra ri meud an stuth anns gach staid teirmeadainimigeach. B’ e lùth shaor agus teas cruthachaidh 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly an fheadhainn as ìsle agus b’ iad -1318.338 agus -1628.154 kcal/mol, fa leth. An coimeas ri sin, tha na luachan lùth shaor agus teas cruthachaidh as àirde aig an structar a tha a’ riochdachadh 3PVA-(C10)2NaAlg, -690.340 agus -830.673 kcal/mol, fa leth, an taca ri structaran eile. Mar a chithear ann am Figear 5, tha diofar fheartan teirmeach air an atharrachadh air sgàth an eadar-obrachaidh le glycerol. Tha lùth shaor Gibbs àicheil, a’ nochdadh gu bheil an structar a thathar a’ moladh seasmhach.
Rinn PM6 àireamhachadh air paramadairean teirmeach 3PVA-(C10)2NaAlg fìor-ghlan (modail A0), 3PVA-(C10)2NaAlg − 1Gly (modail A1), 3PVA-(C10)2NaAlg − 2Gly (modail A2), 3PVA-(C10)2NaAlg − 3Gly (modail A3), 3PVA-(C10)2NaAlg − 4Gly (modail A4), agus 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (modail A5), far a bheil (a) an enthalpy, (b) entropy, (c) comas teas, (d) lùth shaor, agus (e) teas cruthachaidh.
Air an làimh eile, tha an dàrna modh eadar-obrachaidh eadar trimer PVA agus NaAlg dimeric a’ tachairt anns na buidhnean OH deireannach is meadhanach ann an structar trimer PVA. Mar a tha sa chiad bhuidheann, chaidh na paraimeatairean teirmeach obrachadh a-mach a’ cleachdadh an aon ìre teòiridh. Tha Figear 6a-e a’ sealltainn nan atharrachaidhean ann an enthalpy, entropy, comas teas, lùth shaor agus, mu dheireadh, teas cruthachaidh. Tha Figearan 6a-c a’ sealltainn gu bheil enthalpy, entropy agus comas teas Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg a’ nochdadh an aon ghiùlan ris a’ chiad bhuidheann nuair a bhios iad ag eadar-obrachadh le 1, 2, 3, 4, 5 agus 6 aonadan glycerol. A bharrachd air an sin, bidh na luachan aca ag àrdachadh mean air mhean le teòthachd ag àrdachadh. A bharrachd air an sin, anns a’ mhodail Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg a chaidh a mholadh, mheudaich na luachan enthalpy, entropy agus comas teas le àrdachadh ann an susbaint glycerol. Tha na giorrachaidhean B0, B1, B2, B3, B4, B5 agus B6 a’ riochdachadh nan structaran a leanas fa leth: Teirm 1 Na Alg − 3PVA- Meadhan 1 Na Alg, Teirm 1 Na Alg- 3PVA- Meadhan 1 Na Alg − 1 Gly, Teirm 1 Na Alg- 3PVA- Meadhan 1 Na Alg − 2gly, Teirm 1 Na Alg- 3PVA- Meadhan 1 Na Alg − 3gly, Teirm 1 Na Alg- 3PVA- Meadhan 1 Na Alg − 4 Gly, Teirm 1 Na Alg- 3PVA- Meadhan 1 Na Alg − 5 Gly agus Teirm 1 Na Alg- 3PVA- Meadhan 1 Na Alg − 6 Gly. Mar a chithear ann am Figear 6a–c, tha e follaiseach gu bheil luachan enthalpy, entropy agus comas teas ag àrdachadh mar a bhios àireamh nan aonadan glycerol ag àrdachadh bho 1 gu 6.
Rinn PM6 àireamhachadh air paramadairean teirmeach fìor-ghlan Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (modail B0), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (modail B1), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (modail B2), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (modail B3), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (modail B4), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (modail B5), agus Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (modail B6), a’ gabhail a-steach (a) enthalpy, (b) entropy, (c) comas teas, (d) lùth shaor, agus (e) teas cruthachaidh.
A bharrachd air sin, tha na luachan as àirde de enthalpy, entropy agus comas teas aig an structar a tha a’ riochdachadh Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-6Gly an taca ri structaran eile. Nam measg, dh’èirich na luachan aca bho 16.703 cal/mol, 257.990 cal/mol/K agus 131.323 kcal/mol ann an Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg gu 33.223 cal/mol, 420.038 cal/mol/K agus 275.923 kcal/mol ann an Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg − 6 Gly, fa leth.
Ach, tha Figearan 6d agus e a’ sealltainn mar a tha an lùth shaor agus an teas cruthachaidh mu dheireadh (HF) an urra ri teòthachd. Faodar HF a mhìneachadh mar an t-atharrachadh enthalpy a thachras nuair a thèid aon mhòl de stuth a chruthachadh bho na h-eileamaidean aige fo chumhachan nàdarra agus àbhaisteach. Tha e follaiseach bhon fhigear gu bheil an lùth shaor agus an teas cruthachaidh mu dheireadh de na structaran uile a chaidh a sgrùdadh a’ sealltainn eisimeileachd loidhneach air teòthachd, i.e., bidh iad ag àrdachadh mean air mhean agus gu loidhneach le teòthachd ag àrdachadh. A bharrachd air an sin, dhearbh am figear cuideachd gu bheil an lùth shaor as ìsle agus an HF as ìsle aig an structar a tha a’ riochdachadh Teirm 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Lùghdaich an dà pharaimeatair bho -758.337 gu -899.741 K cal/mol anns an teirm 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly gu -1,476.591 agus -1,828.523 K cal/mol. Tha e follaiseach bho na toraidhean gu bheil HF a’ lùghdachadh le àrdachadh ann an aonadan glycerol. Tha seo a’ ciallachadh, air sgàth àrdachadh ann am buidhnean gnìomhach, gu bheil an ath-ghnìomhachd ag àrdachadh cuideachd agus mar sin gu bheil nas lugha de lùth a dhìth gus an ath-bhualadh a dhèanamh. Tha seo a’ dearbhadh gum faodar PVA/NaAlg plastaigeach a chleachdadh ann am bataraidhean air sgàth cho àrd sa tha an ath-ghnìomhachd.
San fharsaingeachd, tha buaidhean teòthachd air an roinn ann an dà sheòrsa: buaidhean teòthachd ìosal agus buaidhean teòthachd àrd. Tha buaidhean teòthachd ìosal air am faireachdainn sa mhòr-chuid ann an dùthchannan a tha suidhichte aig domhan-leud àrd, leithid a’ Ghraonlainn, Canada, agus an Ruis. Sa gheamhradh, tha teòthachd an adhair a-muigh anns na h-àiteachan sin gu math nas ìsle na neoni ceum Celsius. Faodaidh teòthachd ìosal buaidh a thoirt air fad-beatha agus coileanadh bataraidhean lithium-ion, gu sònraichte an fheadhainn a thathas a’ cleachdadh ann an carbadan dealain tar-chinealach plug-in, carbadan dealain fìor-ghlan, agus carbadan dealain tar-chinealach. Tha siubhal fànais na àrainneachd fhuar eile a dh’ fheumas bataraidhean lithium-ion. Mar eisimpleir, faodaidh an teòthachd air Mars tuiteam gu -120 ceum Celsius, a tha na bhacadh mòr air cleachdadh bataraidhean lithium-ion ann an soithichean fànais. Faodaidh teòthachd obrachaidh ìosal leantainn gu lùghdachadh ann an ìre gluasaid cosgais agus gnìomhachd ath-bhualadh ceimigeach bataraidhean lithium-ion, agus mar thoradh air sin bidh lùghdachadh ann an ìre sgaoilidh ianan lithium taobh a-staigh an electrode agus seoltachd ianach anns an electrolyte. Bidh an lughdachadh seo ag adhbhrachadh comas lùtha agus cumhachd nas lugha, agus uaireannan eadhon coileanadh nas lugha53.
Bidh buaidh na teòthachd àrd a’ tachairt ann an raon nas fharsainge de dh’àrainneachdan tagraidh, a’ gabhail a-steach àrainneachdan teòthachd àrd is ìosal, agus tha buaidh na teòthachd ìosal air a chuingealachadh sa mhòr-chuid ri àrainneachdan tagraidh teòthachd ìosal. Tha buaidh na teòthachd ìosal air a dhearbhadh sa mhòr-chuid leis an teòthachd mun cuairt, agus mar as trice bidh buaidh na teòthachd àrd air a cur nas cruinne ri teòthachd àrd taobh a-staigh bataraidh lithium-ion rè obrachadh.
Bidh bataraidhean lithium-ion a’ gineadh teas fo chumhachan sruth àrd (a’ gabhail a-steach cosgais luath agus dì-luchdachadh luath), a dh’ adhbhraicheas àrdachadh ann an teòthachd a-staigh. Faodaidh nochdadh do theodhachd àrd crìonadh a dhèanamh air coileanadh bataraidh cuideachd, a’ gabhail a-steach call comas agus cumhachd. Mar as trice, bidh call lithium agus faighinn air ais stuthan gnìomhach aig teòthachd àrd ag adhbhrachadh call comas, agus tha an call cumhachd mar thoradh air àrdachadh ann an strì an aghaidh a-staigh. Ma thèid an teòthachd a-mach à smachd, bidh teicheadh ​​teirmeach a’ tachairt, agus ann an cuid de chùisean faodaidh sin leantainn gu losgadh fèin-ghluasadach no eadhon spreadhadh.
’S e dòigh modaladh coimpiutaireachd no matamataigeach a th’ ann an àireamhachadh QSAR a thathar a’ cleachdadh gus dàimhean a chomharrachadh eadar gnìomhachd bhitheòlasach agus feartan structarail choimeasgaidhean. Chaidh na moileciuilean uile a chaidh a dhealbhadh a bharrachadh agus chaidh cuid de fheartan QSAR obrachadh a-mach aig ìre PM6. Tha Clàr 3 a’ liostadh cuid de na tuairisgeulan QSAR a chaidh obrachadh a-mach. ’S e eisimpleirean de na tuairisgeulan sin cosgais, TDM, lùth iomlan (E), comas ianachaidh (IP), Log P, agus polarachadh (faic Clàr 1 airson foirmlean gus IP agus Log P a dhearbhadh).
Tha toraidhean an àireamhachaidh a’ sealltainn gu bheil cosgais iomlan nan structaran uile a chaidh a sgrùdadh neoni leis gu bheil iad anns an staid bhunasach. Airson a’ chiad chothrom eadar-obrachaidh, b’ e TDM glycerol 2.788 Debye agus 6.840 Debye airson 3PVA-(C10) 2Na Alg, agus chaidh luachan TDM a mheudachadh gu 17.990 Debye, 8.848 Debye, 5.874 Debye, 7.568 Debye agus 12.779 Debye nuair a dh’eadar-obraich 3PVA-(C10) 2Na Alg le 1, 2, 3, 4 agus 5 aonadan de glycerol, fa leth. Mar as àirde luach an TDM, ’s ann as àirde a bhios e ag ath-bhualadh leis an àrainneachd.
Chaidh an lùth iomlan (E) obrachadh a-mach cuideachd, agus chaidh luachan E glìsearol agus 3PVA-(C10)2 NaAlg a lorg aig -141.833 eV agus -200092.503 eV, fa leth. Aig an aon àm, bidh na structaran a tha a’ riochdachadh 3PVA-(C10)2 NaAlg ag eadar-obrachadh le 1, 2, 3, 4 agus 5 aonadan glìsearol; bidh E a’ fàs -996.837, -1108.440, -1238.740, -1372.075 agus -1548.031 eV, fa leth. Bidh àrdachadh susbaint glìsearol a’ leantainn gu lùghdachadh anns an lùth iomlan agus mar sin gu àrdachadh anns an ath-ghnìomhachd. Stèidhichte air àireamhachadh na lùtha iomlan, chaidh a cho-dhùnadh gu bheil am moileciuil modail, is e sin 3PVA-2Na Alg-5 Gly, nas ath-ghnìomhach na na moileciuilean modail eile. Tha an iongantas seo co-cheangailte ris an structar aca. Chan eil ach dà bhuidheann -COONa ann an 3PVA-(C10)2NaAlg, agus tha dà bhuidheann -COONa anns na structaran eile ach tha grunn bhuidhnean OH aca, agus tha sin a’ ciallachadh gu bheil an ath-ghnìomhachd a dh’ionnsaigh na h-àrainneachd air a mheudachadh.
A bharrachd air sin, thathar a’ beachdachadh air lùths ianachaidh (IE) nan structaran uile san sgrùdadh seo. Tha lùth ianachaidh na pharaimeadar cudromach airson freagairteachd a’ mhodail a chaidh a sgrùdadh a thomhas. Canar lùth ianachaidh ris an lùth a dh’fheumar gus dealanach a ghluasad bho aon phuing de mholaciul gu neo-chrìochnach. Tha e a’ riochdachadh ìre ianachaidh (ie freagairteachd) a’ mholaciul. Mar as àirde an lùth ianachaidh, ’s ann as ìsle an freagairteachd. B’ e -9.256, -9.393, -9.393, -9.248 agus -9.323 eV, fa leth, na toraidhean IE de 3PVA-(C10)2NaAlg ag eadar-obrachadh le 1, 2, 3, 4 agus 5 aonadan glycerol, agus b’ e -5.157 agus -9.341 eV, fa leth, na IEan de glycerol agus 3PVA-(C10)2NaAlg. Leis gun do lùghdaich cur-ris glìsearol luach IP, mheudaich an ath-ghnìomhachd mhóileciuil, a tha a’ neartachadh freagarrachd nam móileciuil modail PVA/NaAlg/glìsearol ann an innealan dealan-cheimigeach.
Is e Log P an còigeamh tuairisgeul ann an Clàr 3, is e sin logarithm a’ cho-èifeachd roinneadh agus thathar ga chleachdadh gus cunntas a thoirt air a bheil an structar a thathar a’ sgrùdadh hydrophilic no hydrophobic. Tha luach àicheil Log P a’ comharrachadh moileciuil hydrophilic, a’ ciallachadh gu bheil e a’ sgaoileadh gu furasta ann an uisge agus nach eil e a’ sgaoileadh gu math ann an fuasglaidhean organach. Tha luach deimhinneach a’ comharrachadh a’ phròiseis mu choinneamh.
Stèidhichte air na toraidhean a fhuaireadh, faodar a cho-dhùnadh gu bheil na structaran uile hydrophilic, leis gu bheil na luachan Log P aca (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly agus 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) aig -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 agus -8.504, fa leth, agus chan eil luach Log P glycerol ach -1.081 agus chan eil 3PVA-(C10)2Na Alg ach -3.100. Tha seo a’ ciallachadh gun atharraich feartan an structair a thathar a’ sgrùdadh mar a thèid moileciuilean uisge a thoirt a-steach don structar aige.
Mu dheireadh, tha poilearachd nan structaran uile air an obrachadh a-mach aig ìre PM6 cuideachd a’ cleachdadh dòigh leth-empirigeach. Chaidh a thoirt fa-near roimhe seo gu bheil poilearachd a’ mhòr-chuid de stuthan an urra ri diofar nithean. Is e am bàillidh as cudromaiche meud an structair fo sgrùdadh. Airson a h-uile structar anns a bheil a’ chiad sheòrsa eadar-obrachaidh eadar 3PVA agus 2NaAlg (tha an eadar-obrachadh a’ tachairt tro àireamh atom gualain 10), tha am poilearachd air a leasachadh le bhith a’ cur glycerol ris. Bidh am poilearachd ag àrdachadh bho 29.690 Å gu 35.076, 40.665, 45.177, 50.239 agus 54.638 Å air sgàth eadar-obrachaidhean le 1, 2, 3, 4 agus 5 aonadan glycerol. Mar sin, chaidh a lorg gur e 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly am moileciuil modail leis a’ phoilearachadh as àirde, agus gur e 3PVA-(C10)2NaAlg, is e sin 29.690 Å, am moileciuil modail leis a’ phoilearachadh as ìsle.
Nochd measadh air tuairisgeulan QSAR gur e an structar a tha a’ riochdachadh 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly an structar as ath-ghnìomhach airson a’ chiad eadar-obrachadh a chaidh a mholadh.
Airson an dàrna modh eadar-obrachaidh eadar an trimer PVA agus an dimer NaAlg, tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil na cosgaisean aca coltach ris an fheadhainn a chaidh a mholadh san earrann roimhe airson a’ chiad eadar-obrachaidh. Chan eil cosgais dealain aig a h-uile structar, agus tha sin a’ ciallachadh gu bheil iad uile anns an staid bhunasach.
Mar a chithear ann an Clàr 4, dh’èirich luachan TDM (air an obrachadh a-mach aig ìre PM6) de Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg bho 11.581 Debye gu 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507, agus 15.756 nuair a dh’fhreagair Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg le 1, 2, 3, 4, 5, agus 6 aonadan de glycerol. Ach, bidh an lùth iomlan a’ lùghdachadh le àrdachadh ann an àireamh nan aonadan glìsearol, agus nuair a bhios Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg ag eadar-obrachadh le àireamh shònraichte de dh’aonadan glìsearol (1 gu 6), is e an lùth iomlan −996.985, −1129.013, −1267.211, −1321.775, −1418.964, agus −1637.432 eV, fa leth.
Airson an dàrna coltachd eadar-obrachaidh, tha IP, Log P agus poilearachd air an obrachadh a-mach aig ìre PM6 na teòiridh cuideachd. Mar sin, bheachdaich iad air trì tuairisgeulan as cumhachdaiche de ath-ghnìomhachd mhóileciuil. Airson nan structaran a tha a’ riochdachadh End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ag eadar-obrachadh le 1, 2, 3, 4, 5 agus 6 aonadan glycerol, tha IP ag àrdachadh bho −9.385 eV gu −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 agus −8.900 eV. Ach, bha an luach Log P a chaidh obrachadh a-mach nas ìsle air sgàth plastaigeachd End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg le glycerol. Mar a bhios susbaint a’ ghlìosarol ag àrdachadh bho 1 gu 6, bidh na luachan aige a’ fàs -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 agus -10.53 an àite -3.643. Mu dheireadh, sheall an dàta poilearachd gun do dh’ adhbhraich àrdachadh susbaint a’ ghlìosarol àrdachadh ann am poilearachd Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg. Mheudaich poilearachd a’ mholaciul modail Term 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg bho 31.703 Å gu 63.198 Å às dèidh eadar-obrachadh le 6 aonadan ghlìosarol. Tha e cudromach a thoirt fa-near gu bheil àrdachadh ann an àireamh nan aonadan ghlìosarol anns an dàrna coltachd eadar-obrachaidh air a dhèanamh gus dearbhadh, a dh’ aindeoin an àireamh mhòr de dadaman agus an structar iom-fhillte, gu bheil an coileanadh fhathast air a leasachadh le àrdachadh susbaint a’ ghlìosarol. Mar sin, faodar a ràdh gum faod am modail PVA/Na Alg/glycerin a tha ri fhaighinn bataraidhean lithium-ion a chur an àite gu ìre, ach tha feum air barrachd rannsachaidh is leasachaidh.
Tha eòlas air an t-seòrsa ceangail a tha eadar dà dadam sam bith, iom-fhillteachd nan eadar-obrachaidhean eadar-mhóileciuil agus intramhóileciuil, agus sgaoileadh dùmhlachd electron an uachdair agus an stuth-adsorbent riatanach airson neart a’ cheangail a mheasadh ann am mion-sgrùdadh QTAIM. Mar as àirde dùmhlachd cosgais electron, ’s ann as seasmhaiche a bhios an eadar-obrachadh covalent agus, san fharsaingeachd, ’s ann as àirde dùmhlachd electron aig na puingean èiginneach sin. A bharrachd air an sin, ma tha an dà chuid dùmhlachd lùtha iomlan electron (H(r)) agus dùmhlachd cosgais Laplace (∇2ρ(r)) nas lugha na 0, tha seo a’ nochdadh gu bheil eadar-obrachaidhean covalent (coitcheann) ann. Air an làimh eile, nuair a tha ∇2ρ(r) agus H(r) nas motha na 0.54, tha e a’ nochdadh gu bheil eadar-obrachaidhean neo-chovalent (slige dùinte) ann leithid bannan haidridean lag, feachdan van der Waals agus eadar-obrachaidhean electrostatach. Nochd mion-sgrùdadh QTAIM nàdar nan eadar-obrachaidhean neo-cho-bhailteach anns na structaran a chaidh a sgrùdadh mar a chithear ann am Figearan 7 agus 8. Stèidhichte air an anailis, sheall na moileciuilean modail a bha a’ riochdachadh 3PVA − 2Na Alg agus Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg seasmhachd nas àirde na na moileciuilean a bha ag eadar-obrachadh le diofar aonadan glìsín. Tha seo air sgàth gu bheil grunn eadar-obrachaidhean neo-cho-bhailteach a tha nas cumanta ann an structar alginate leithid eadar-obrachaidhean electrostatach agus bannan haidridean a’ comasachadh alginate na co-thàthaidhean a dhèanamh seasmhach. A bharrachd air an sin, tha na toraidhean againn a’ sealltainn cho cudromach sa tha eadar-obrachaidhean neo-cho-bhailteach eadar na moileciuilean modail 3PVA − 2Na Alg agus Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg agus glìsín, a’ nochdadh gu bheil pàirt chudromach aig glìsín ann a bhith ag atharrachadh àrainneachd dealain iomlan nan co-thàthaidhean.
Mion-sgrùdadh QTAIM air a’ mhóileciuil mhodail 3PVA − 2NaAlg ag eadar-obrachadh le (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly, agus (f) 5Gly.