Литий супероксид - Lithium superoxide

Литий супероксид
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
  • InChI = 1S / Li.O2 / c; 1-2 / q + 1; -1
    Ключ: GMZGUKXTXROVJB-UHFFFAOYSA-N
  • [Li +]. O = [O-]
Характеристики
LiO 2
Молярная масса 38,94 г / моль
Плотность г / см 3 , твердый
Температура плавления <25 ° C (разлагается)
Родственные соединения
Другие катионы
Супероксид натрия Супероксид
калия Супероксид
рубидия
Связанные оксиды лития
Оксид
лития Перекись лития
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Литий супероксид ( Li O 2 ) представляет собой неорганическое соединение , которое только был выделен в изоляции матричных экспериментах на 15-40 K . Это нестабильный свободный радикал, который был проанализирован с помощью инфракрасного (ИК), рамановского, электронного, электронного спинового резонанса, мягкой рентгеновской спектроскопии и различных теоретических методов.

Состав

Экспериментальные исследования показывают, что молекула LiO 2 содержит высокоионные связи . Восемнадцать различных значений были получены с использованием шести изотопных видов. Это указывает на то, что силовая постоянная между двумя атомами кислорода соответствует константе, найденной для иона O 2 - . Исследования показывают, что в молекуле LiO 2 ковалентный характер практически отсутствует .

Длина связи OO составила 1,34 Å . Используя простую оптимизацию кристаллической структуры, было вычислено, что связь Li-O составляет приблизительно 2,10 Å. Супероксид лития чрезвычайно реактивен из-за нечетного электрона, присутствующего на молекулярной орбитали π * .

Было проведено довольно много исследований кластеров, образованных молекулами LiO 2 . Было обнаружено, что наиболее распространенным димером является изомер клетки. Во-вторых, это синглетно-пирамидальная структура. Также были проведены исследования комплекса стульев и плоского кольца, но эти два менее предпочтительны, хотя и не обязательно невозможны.

Реакции

В литий-воздушной батарее , когда происходит восстановление на один электрон во время разряда, образуется супероксид лития, как видно из следующей реакции:

Li + + e - + O 2 → LiO 2

Затем этот продукт вступит в реакцию с образованием пероксида лития Li 2 O 2 :

2LiO 2 → Li 2 O 2 + O 2

Механизм этой последней реакции не подтвержден, и химики испытывают трудности с разработкой теории того, что может происходить. Еще одна важная проблема этих батарей - найти идеальный растворитель для проведения этих реакций; В настоящее время используются растворители на основе эфиров и амидов , но эти соединения легко реагируют с кислородом и разлагаются. Подходящий растворитель должен быть способен противостоять автоокислению, чтобы обеспечить длительный жизненный цикл батареи.

Наличие соединения

Преимущественно супероксид лития используется в перезаряжаемых литиевых батареях . Как показано в приведенных выше реакциях, это соединение лития является основным компонентом в качестве промежуточного продукта , и в этой области необходимо провести много исследований. Исследователи с нетерпением ждут потенциальной энергии, которую могут обеспечить эти батареи - некоторые говорят, что она сопоставима с двигателем внутреннего сгорания. Одно исследование утверждает, что щелочные супероксиды также влияют на функцию алкильных металлов в атмосфере. Щелочные металлы находятся преимущественно в мезосфере, а супероксиды находятся чуть ниже, где металл вступает в реакцию с избыточным кислородом. Редко супероксиды стабильны в течение какого-либо значительного периода времени, поскольку они существуют просто как переходные состояния. В январе 2016 года исследователи из Аргоннской национальной лаборатории США заявили, что кристаллический LiO2 можно стабилизировать в Li-O2 батарее с помощью подходящего катода на основе графена .

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ a b c Брянцев В.С. Blanco, M .; Фальони, Ф. Стабильность супероксида лития LiO2 в газовой фазе: компьютерное исследование реакций димеризации и диспропорционирования. J. Phys. Chem. А, 2010 , 114 (31), 8165–816.
  2. ^ Эндрюс, Л. Инфракрасный спектр, структура, функция колебательного потенциала и связь в молекуле супероксида лития LiO 2 . J. Phys. Chem . 1969 , 50 , 4288.
  3. ^ Лау, KC; Кертисс Л.А. Функциональное исследование термодинамической устойчивости объемных кристаллических структур оксида лития под давлением кислорода. J. Phys. Chem. 2011 , 115 (47), 23625-23633.
  4. ^ Линдси, DM; Гарланд Д.А. Спектры ЭПР матрично-изолированного LiO2. J. Phys. Chem. 1987 , 91 (24), 6158-6161.
  5. ^ a b Das, U .; Lau, KC; Редферн, ПК; Кертисс, Л.А. Структура и стабильность кластеров супероксида лития и отношение к Li-O2 батареям. J. Phys. Chem ., 2014 , 5 (5), 813-819.
  6. ^ Брянцев, В.С.; Фальони, Ф. Прогнозирование устойчивости к автоокислению растворителей электролитов на основе эфиров и амидов для литий-воздушных аккумуляторов. J. Phys. Chem. А. 2012 , 116 (26), 7128–7138.
  7. ^ Самолет, JMC; Rajasekhar, B .; Бартолотти, Л. Теоретическое и экспериментальное определение энергии диссоциации связи супероксидов лития и натрия. J. Phys. Chem. 1989 , 93 , 3141-3145.
  8. ^ Лу, июнь (2016). «Литий-кислородная батарея на основе супероксида лития» . Природа . 529 (7586): 377–381. DOI : 10,1038 / природа16484 . PMID  26751057 . S2CID  4452883 .