nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз колдонуп жаткан браузердин версиясында CSS колдоосу чектелүү. Эң жакшы тажрыйба алуу үчүн, браузердин акыркы версиясын колдонууну (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүүнү) сунуштайбыз. Мындан тышкары, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн бул сайтта стилдер же JavaScript камтылбайт.
Натрий ресурсунун молдугунан улам, натрий-иондук батареялар (NIB) электрохимиялык энергияны сактоо үчүн келечектүү альтернативдүү чечим болуп саналат. Учурда NIB технологиясын өнүктүрүүдөгү негизги тоскоолдук - натрий иондорун узак убакыт бою кайтарымдуу түрдө сактай/чыгарып сала турган электроддук материалдардын жоктугу. Ошондуктан, бул изилдөөнүн максаты - NIB электроддук материалдары катары поливинил спиртине (PVA) жана натрий альгинатына (NaAlg) кошулмаларына глицерин кошуунун таасирин теориялык жактан изилдөө. Бул изилдөө PVA, натрий альгинаты жана глицерин аралашмаларына негизделген полимер электролиттеринин электрондук, жылуулук жана сандык түзүлүш-активдүүлүк байланышы (QSAR) дескрипторлоруна багытталган. Бул касиеттер жарым эмпирикалык ыкмалар жана тыгыздык функционалдык теориясы (DFT) аркылуу изилденет. Структуралык анализ PVA/альгинат менен глицериндин өз ара аракеттенүүсүнүн чоо-жайын ачып бергендиктен, тилкелүү аралык энергиясы (Eg) изилденген. Жыйынтыктар глицеринди кошуу Eg маанисинин 0,2814 эВ чейин төмөндөшүнө алып келерин көрсөтүп турат. Молекулярдык электростатикалык потенциал бети (MESP) бүтүндөй электролит системасындагы электронго бай жана электронго кедей аймактардын жана молекулярдык заряддардын бөлүштүрүлүшүн көрсөтөт. Изилденген жылуулук параметрлерине энтальпия (H), энтропия (ΔS), жылуулук сыйымдуулугу (Cp), Гиббстин эркин энергиясы (G) жана пайда болуу жылуулугу кирет. Мындан тышкары, бул изилдөөдө жалпы диполь моменти (TDM), жалпы энергия (E), иондоштуруу потенциалы (IP), Log P жана поляризациялануучулугу сыяктуу бир нече сандык түзүлүш-активдүүлүк байланышы (QSAR) дескрипторлору изилденген. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, H, ΔS, Cp, G жана TDM температуранын жана глицериндин курамынын жогорулашы менен көбөйгөн. Ошол эле учурда, пайда болуу жылуулугу, IP жана E төмөндөгөн, бул реактивдүүлүктү жана поляризациялануучулукту жакшырткан. Мындан тышкары, глицерин кошуу менен клетканын чыңалуусу 2,488 В чейин жогорулаган. PVA/Na Alg глицерин негизиндеги үнөмдүү электролиттерге негизделген DFT жана PM6 эсептөөлөрү алардын көп функциялуулугунан улам литий-иондук батареяларды жарым-жартылай алмаштыра аларын көрсөтүп турат, бирок андан ары жакшыртуулар жана изилдөөлөр талап кылынат.
Литий-иондук батареялар (ЛИБ) кеңири колдонулганы менен, алардын колдонулушу кыска циклдүү иштөө мөөнөтүнө, жогорку баасына жана коопсуздук маселелерине байланыштуу көптөгөн чектөөлөргө дуушар болот. Натрий-иондук батареялар (СИБ) кеңири жеткиликтүүлүгүнө, арзандыгына жана натрий элементинин уулуу эместигине байланыштуу ЛИБге ылайыктуу альтернатива болуп калышы мүмкүн. Натрий-иондук батареялар (СИБ) электрохимиялык түзүлүштөр үчүн барган сайын маанилүү энергия сактоо системасына айланууда1. Натрий-иондук батареялар иондордун ташылышын жеңилдетүү жана электр тогун түзүү үчүн электролиттерге көп таянат2,3. Суюк электролиттер негизинен металл туздарынан жана органикалык эриткичтерден турат. Практикалык колдонуулар, айрыкча, батарея жылуулук же электрдик стресске дуушар болгондо, суюк электролиттердин коопсуздугун кылдаттык менен карап чыгууну талап кылат4.
Натрий-иондук батареялар (SIB) океандын мол запастарына, уулуу эместигине жана материалдык чыгымдарынын төмөндүгүнө байланыштуу жакынкы келечекте литий-иондук батареяларды алмаштырат деп күтүлүүдө. Наноматериалдардын синтези маалыматтарды сактоонун, электрондук жана оптикалык түзүлүштөрдүн өнүгүшүн тездетти. Көптөгөн адабияттар натрий-иондук батареяларда ар кандай наноструктуралардын (мисалы, металл оксиддери, графен, нанотүтүкчөлөр жана фуллерендердин) колдонулушун көрсөттү. Изилдөөлөр натрий-иондук батареялар үчүн аноддук материалдарды, анын ичинде полимерлерди, алардын көп функциялуулугуна жана экологиялык тазалыгына байланыштуу иштеп чыгууга багытталган. Кайра заряддалуучу полимердик батареялар жаатындагы изилдөөгө кызыгуу шексиз жогорулайт. Уникалдуу түзүлүштөргө жана касиеттерге ээ жаңы полимердик электроддук материалдар экологиялык жактан таза энергия сактоо технологияларына жол ачышы мүмкүн. Натрий-иондук батареяларда колдонуу үчүн ар кандай полимердик электроддук материалдар изилденгени менен, бул тармак дагы эле өнүгүүнүн алгачкы баскычында турат. Натрий-иондук батареялар үчүн ар кандай структуралык конфигурациялары бар көбүрөөк полимердик материалдарды изилдөө керек. Полимер электрод материалдарында натрий иондорун сактоо механизми жөнүндөгү азыркы билимибизге таянып, конъюгацияланган системадагы карбонил топтору, эркин радикалдар жана гетероатомдор натрий иондору менен өз ара аракеттенүү үчүн активдүү борборлор катары кызмат кыла алат деген гипотеза чыгарууга болот. Ошондуктан, бул активдүү борборлордун жогорку тыгыздыгы бар жаңы полимерлерди иштеп чыгуу өтө маанилүү. Гель-полимер электролити (ГПЭ) - бул батареянын ишенимдүүлүгүн, ион өткөрүмдүүлүгүн, агып кетүүнүн жоктугун, жогорку ийкемдүүлүгүн жана жакшы иштешин жакшыртуучу альтернативдүү технология12.
Полимер матрицаларына PVA жана полиэтилен кычкылы (PEO) сыяктуу материалдар кирет13. Гель өткөргүч полимер (GPE) полимер матрицасындагы суюк электролитти иммобилизациялайт, бул коммерциялык сепараторлорго салыштырмалуу агып кетүү коркунучун азайтат14. PVA - синтетикалык биологиялык жактан ажыроочу полимер. Ал жогорку өткөргүчтүккө ээ, арзан жана уулуу эмес. Материал пленка пайда кылуучу касиеттери, химиялык туруктуулугу жана адгезиясы менен белгилүү. Ошондой эле ал функционалдык (OH) топторго жана жогорку кайчылаш байланыш потенциалынын тыгыздыгына ээ15,16,17. Полимерди аралаштыруу, пластификаторду кошуу, композиттик кошуу жана in situ полимерлөө ыкмалары матрицанын кристаллдуулугун азайтуу жана чынжырдын ийкемдүүлүгүн жогорулатуу үчүн PVA негизиндеги полимер электролиттердин өткөргүчтүгүн жакшыртуу үчүн колдонулган18,19,20.
Аралаштыруу өнөр жайлык колдонмолор үчүн полимердик материалдарды иштеп чыгуунун маанилүү ыкмасы болуп саналат. Полимер аралашмалары көбүнчө төмөнкүлөр үчүн колдонулат: (1) өнөр жайлык колдонмолордо табигый полимерлердин иштетүү касиеттерин жакшыртуу; (2) биологиялык жактан ажыроочу материалдардын химиялык, физикалык жана механикалык касиеттерин жакшыртуу; жана (3) тамак-аш таңгактоо өнөр жайындагы жаңы материалдарга болгон тез өзгөрүп турган суроо-талапка ыңгайлашуу. Сополимерлештирүүдөн айырмаланып, полимер аралаштыруу - бул каалаган касиеттерге жетүү үчүн татаал химиялык процесстердин ордуна жөнөкөй физикалык процесстерди колдонгон арзан процесс21. Гомополимерлерди түзүү үчүн ар кандай полимерлер дипол-диполдук күчтөр, суутек байланыштары же заряд өткөрүү комплекстери аркылуу өз ара аракеттене алышат22,23. Табигый жана синтетикалык полимерлерден жасалган аралашмалар жакшы биошайкештикти эң сонун механикалык касиеттер менен айкалыштырып, өндүрүштүн төмөн наркы менен жогорку сапаттагы материалды түзө алат24,25. Ошондуктан, синтетикалык жана табигый полимерлерди аралаштыруу менен биорелеванттуу полимердик материалдарды түзүүгө чоң кызыгуу пайда болду. ПВА натрий альгинаты (NaAlg), целлюлоза, хитозан жана крахмал26 менен айкалыштырылышы мүмкүн.
Натрий альгинаты - деңиз күрөң балырларынан алынган табигый полимер жана аниондук полисахарид. Натрий альгинаты β-(1-4) менен байланышкан D-маннурон кислотасынан (M) жана α-(1-4) менен байланышкан L-гулурон кислотасынан (G) турат, алар гомополимердик формаларга (поли-M жана поли-G) жана гетерополимердик блокторго (MG же GM) бөлүнгөн27. M жана G блокторунун курамы жана салыштырмалуу катышы альгинаттын химиялык жана физикалык касиеттерине олуттуу таасир этет28,29. Натрий альгинаты биоажыроочулугу, биошайкештиги, арзандыгы, жакшы пленка түзүүчү касиеттери жана уулуу эместигинен улам кеңири колдонулат жана изилденет. Бирок, альгинат чынжырындагы көп сандагы эркин гидроксил (OH) жана карбоксилат (COO) топтору альгинатты өтө гидрофилдүү кылат. Бирок, альгинат морттугу жана катуулугунан улам начар механикалык касиеттерге ээ. Ошондуктан, альгинатты сууга сезгичтигин жана механикалык касиеттерин жакшыртуу үчүн башка синтетикалык материалдар менен айкалыштырууга болот30,31.
Жаңы электрод материалдарын долбоорлоодон мурун, жаңы материалдарды жасоо мүмкүнчүлүгүн баалоо үчүн көбүнчө DFT эсептөөлөрү колдонулат. Мындан тышкары, окумуштуулар эксперименталдык натыйжаларды ырастоо жана алдын ала айтуу, убакытты үнөмдөө, химиялык калдыктарды азайтуу жана өз ара аракеттенүү жүрүм-турумун алдын ала айтуу үчүн молекулярдык моделдөөнү колдонушат32. Молекулярдык моделдөө материал таануу, наноматериалдар, эсептөө химиясы жана дары-дармектерди ачуу сыяктуу көптөгөн тармактарда илимдин күчтүү жана маанилүү тармагына айланды33,34. Моделдөө программаларын колдонуу менен окумуштуулар энергияны (пайда болуу жылуулугу, иондоштуруу потенциалы, активдешүү энергиясы ж.б.) жана геометрияны (байланыш бурчтары, байланыш узундугу жана буралуу бурчтары) камтыган молекулярдык маалыматтарды түз ала алышат35. Мындан тышкары, электрондук касиеттерди (заряд, HOMO жана LUMO тилкелүү аралыгы энергиясы, электрондук жакындык), спектрдик касиеттерди (FTIR спектрлери сыяктуу мүнөздүү термелүү режимдери жана интенсивдүүлүгү) жана көлөмдүк касиеттерди (көлөм, диффузия, илешкектик, модуль ж.б.)36 эсептеп чыгууга болот.
LiNiPO4 жогорку энергия тыгыздыгынан улам (жумушчу чыңалуу болжол менен 5,1 В) литий-иондук батареянын оң электрод материалдары менен атаандашууда потенциалдуу артыкчылыктарды көрсөтөт. Жогорку чыңалуу аймагында LiNiPO4 артыкчылыгын толук пайдалануу үчүн, жумушчу чыңалуусун төмөндөтүү керек, анткени учурда иштелип чыккан жогорку чыңалуудагы электролит 4,8 Вдан төмөн чыңалууда гана салыштырмалуу туруктуу бойдон кала алат. Чжан жана башкалар LiNiPO4түн Ni аймагындагы бардык 3d, 4d жана 5d өткөөл металлдардын легирленишин изилдеп, эң сонун электрохимиялык көрсөткүчтөргө ээ легирлөө үлгүлөрүн тандап, электрохимиялык көрсөткүчтөрүнүн салыштырмалуу туруктуулугун сактоо менен LiNiPO4түн жумушчу чыңалуусун тууралашкан. Алар алган эң төмөнкү жумушчу чыңалуулар Ti, Nb жана Ta менен легирленген LiNiPO4 үчүн тиешелүүлүгүнө жараша 4,21, 3,76 жана 3,5037 болгон.
Ошондуктан, бул изилдөөнүн максаты - глицериндин пластификатор катары PVA/NaAlg системасынын электрондук касиеттерине, QSAR дескрипторлоруна жана жылуулук касиеттерине тийгизген таасирин теориялык жактан изилдөө, аны кайра заряддалуучу ион-иондук батареяларда колдонуу үчүн кванттык механикалык эсептөөлөрдү колдонуу менен. PVA/NaAlg модели менен глицериндин ортосундагы молекулярдык өз ара аракеттенүүлөр Бадердин молекулалардын кванттык атомдук теориясын (QTAIM) колдонуу менен талданган.
PVAнын NaAlg менен, андан кийин глицерин менен өз ара аракеттенүүсүн чагылдырган молекула модели DFT колдонуу менен оптималдаштырылган. Модель Египеттин Каир шаарындагы Улуттук изилдөө борборунун Спектроскопия бөлүмүндөгү Gaussian 0938 программасын колдонуу менен эсептелген. Моделдер B3LYP/6-311G(d, p) деңгээлинде DFT колдонуу менен оптималдаштырылган39,40,41,42. Изилденген моделдердин ортосундагы өз ара аракеттенүүнү текшерүү үчүн, теориянын бир деңгээлинде жүргүзүлгөн жыштык изилдөөлөрү оптималдаштырылган геометриянын туруктуулугун көрсөтөт. Бааланган бардык жыштыктардын арасында терс жыштыктардын жоктугу потенциалдуу энергия бетиндеги чыныгы оң минимумдардагы болжолдуу түзүлүштү баса белгилейт. TDM, HOMO/LUMO тилкелүү аралыктын энергиясы жана MESP сыяктуу физикалык параметрлер теориянын бир эле кванттык механикалык деңгээлинде эсептелген. Мындан тышкары, акыркы пайда болуу жылуулугу, эркин энергия, энтропия, энтальпия жана жылуулук сыйымдуулугу сыяктуу кээ бир жылуулук параметрлери 1-таблицада келтирилген формулаларды колдонуу менен эсептелген. Изилденген моделдер изилденген структуралардын бетинде болуп жаткан өз ара аракеттенүүлөрдү аныктоо үчүн молекулалардагы атомдордун кванттык теориясын (QTAIM) талдоодон өткөрүлгөн. Бул эсептөөлөр Gaussian 09 программалык кодундагы "output=wfn" буйругун колдонуу менен аткарылып, андан кийин Avogadro программалык коду43 аркылуу визуалдаштырылган.
Мында E – ички энергия, P – басым, V – көлөм, Q – система менен анын айлана-чөйрөсүнүн ортосундагы жылуулук алмашуу, T – температура, ΔH – энтальпиянын өзгөрүшү, ΔG – эркин энергиянын өзгөрүшү, ΔS – энтропиянын өзгөрүшү, a жана b – термелүү параметрлери, q – атомдук заряд жана C – атомдук электрондун тыгыздыгы44,45. Акырында, ошол эле структуралар оптималдаштырылып, QSAR параметрлери Египеттин Каир шаарындагы Улуттук изилдөө борборунун Спектроскопия бөлүмүндө SCIGRESS программалык коду46 колдонулуп PM6 деңгээлинде эсептелген.
Мурунку ишибизде47 биз үч PVA бирдигинин эки NaAlg бирдиги менен өз ара аракеттенүүсүн сүрөттөгөн эң ыктымалдуу моделди баалаганбыз, мында глицерин пластификатор катары иштейт. Жогоруда айтылгандай, PVA жана NaAlg өз ара аракеттенүүсүнүн эки мүмкүнчүлүгү бар. 3PVA-2Na Alg (10 көмүртек номерине негизделген) жана 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg деп белгиленген эки моделдин энергия ажырымынын мааниси48 эң кичинекей, башка каралган структураларга салыштырмалуу. Ошондуктан, Gly кошуунун PVA/Na Alg аралашма полимеринин эң ыктымалдуу моделине тийгизген таасири акыркы эки структураны колдонуу менен изилденген: 3PVA-(C10)2Na Alg (жөнөкөйлөтүү үчүн 3PVA-2Na Alg деп аталат) жана 1-терминал Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Адабиятка ылайык, PVA, NaAlg жана глицерин гидроксил функционалдык топторунун ортосунда алсыз суутек байланыштарын гана түзө алат. PVA тримери да, NaAlg жана глицерин димери да бир нече OH топторун камтыгандыктан, байланыш OH топторунун бири аркылуу ишке ашырылышы мүмкүн. 1-сүрөттө модель глицерин молекуласы менен 3PVA-2Na Alg моделдик молекуласынын ортосундагы өз ара аракеттенүү көрсөтүлгөн, ал эми 2-сүрөттө Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg моделдик молекуласы менен глицериндин ар кандай концентрацияларынын ортосундагы өз ара аракеттенүүнүн курулган модели көрсөтүлгөн.
Оптималдаштырылган структуралар: (a) Gly жана 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly жана (f) 5 Gly менен өз ара аракеттенишет.
1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg термининин оптималдаштырылган структуралары (а) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly жана (f) 6 Gly менен өз ара аракеттенишет.
Электрондук тыюу салынган аймактын энергиясы - ар кандай электроддук материалдын реактивдүүлүгүн изилдөөдө эске алынуучу маанилүү параметр. Анткени ал материал тышкы өзгөрүүлөргө дуушар болгондо электрондордун жүрүм-турумун сүрөттөйт. Ошондуктан, изилденген бардык структуралар үчүн HOMO/LUMOнун электрондук тыюу салынган аймактын энергияларын баалоо зарыл. 2-таблицада глицерин кошулгандыктан 3PVA-(C10)2Na Alg жана Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg HOMO/LUMO энергияларынын өзгөрүшү көрсөтүлгөн. 47-шилтемеге ылайык, 3PVA-(C10)2Na Alg Eg мааниси 0,2908 эВ, ал эми экинчи өз ара аракеттенүүнүн ыктымалдуулугун чагылдырган структуранын Eg мааниси (б.а., Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0,5706 эВ.
Бирок, глицеринди кошуу 3PVA-(C10)2Na Alg Eg маанисинин бир аз өзгөрүшүнө алып келгени аныкталды. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 жана 5 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенишкенде, анын Eg маанилери тиешелүүлүгүнө жараша 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 жана 0,281 эВ болуп калды. Бирок, 3 глицерин бирдигин кошкондон кийин, Eg мааниси 3PVA-(C10)2Na Alg маанисинен кичине болуп калганы тууралуу баалуу түшүнүк бар. 3PVA-(C10)2Na Alg беш глицерин бирдиги менен өз ара аракеттенишин чагылдырган модель эң ыктымалдуу өз ара аракеттенүү модели болуп саналат. Бул глицерин бирдиктеринин саны көбөйгөн сайын, өз ара аракеттенүү ыктымалдыгы да жогорулайт дегенди билдирет.
Ошол эле учурда, өз ара аракеттенүүнүн экинчи ыктымалдуулугу үчүн, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly жана 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly терминдерин билдирген моделдик молекулалардын HOMO/LUMO энергиялары тиешелүүлүгүнө жараша 1,343, 1,347, 0,976, 0,607, 0,348 жана 0,496 эВ болуп калат. 2-таблицада бардык структуралар үчүн эсептелген HOMO/LUMO тилке аралыгынын энергиялары көрсөтүлгөн. Мындан тышкары, биринчи топтун өз ара аракеттенүү ыктымалдуулуктарынын ошол эле жүрүм-туруму бул жерде кайталанат.
Катуу абал физикасындагы тилке теориясы электрод материалынын тилке аралыгы азайган сайын, материалдын электрондук өткөрүмдүүлүгү жогорулайт деп айтат. Допинг - натрий-иондук катоддук материалдардын тилке аралыгын азайтуунун кеңири таралган ыкмасы. Цзян жана башкалар β-NaMnO2 катмарлуу материалдарынын электрондук өткөрүмдүүлүгүн жакшыртуу үчүн Cu кошулмасын колдонушкан. DFT эсептөөлөрүн колдонуп, алар допинг материалдын тилке аралыгын 0,7 эВден 0,3 эВге чейин азайтканын аныкташкан. Бул Cu кошулмасы β-NaMnO2 материалынын электрондук өткөрүмдүүлүгүн жакшыртаарын көрсөтүп турат.
MESP молекулярдык заряддын бөлүштүрүлүшү менен бир оң заряддын ортосундагы өз ара аракеттенүү энергиясы катары аныкталат. MESP химиялык касиеттерди жана реактивдүүлүктү түшүнүү жана чечмелөө үчүн натыйжалуу курал деп эсептелет. MESP полимердик материалдардын ортосундагы өз ара аракеттенүү механизмдерин түшүнүү үчүн колдонулушу мүмкүн. MESP изилденип жаткан кошулманын ичиндеги заряддын бөлүштүрүлүшүн сүрөттөйт. Мындан тышкары, MESP изилденип жаткан материалдардагы активдүү борборлор жөнүндө маалымат берет32. 3-сүрөттө B3LYP/6-311G(d, p) теория деңгээлинде болжолдонгон 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly жана 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly MESP графиктери көрсөтүлгөн.
(a) Gly жана 3PVA − 2Na Alg үчүн B3LYP/6-311 g(d, p) менен эсептелген MESP контурлары, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly жана (f) 5 Gly менен өз ара аракеттенишет.
Ошол эле учурда, 4-сүрөттө тиешелүүлүгүнө жараша 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg-1Gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly жана 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly үчүн MESPтин эсептелген жыйынтыктары көрсөтүлгөн. Эсептелген MESP контурдук жүрүм-турум катары көрсөтүлөт. Контур сызыктары ар кандай түстөр менен көрсөтүлөт. Ар бир түс ар кандай электр терстигинин маанисин билдирет. Кызыл түс жогорку электр терс же реактивдүү сайттарды көрсөтөт. Ошол эле учурда, сары түс структурадагы 49, 50, 51 нейтралдуу сайттарды билдирет. MESP жыйынтыктары 3PVA-(C10)2Na Alg реактивдүүлүгү изилденген моделдердин айланасында кызыл түстүн көбөйүшү менен жогорулаганын көрсөттү. Ошол эле учурда, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg моделинин молекуласынын MESP картасындагы кызыл түстүн интенсивдүүлүгү ар кандай глицерин курамы менен өз ара аракеттенүүдөн улам төмөндөйт. Сунушталган түзүлүштүн айланасындагы кызыл түстүн бөлүштүрүлүшүнүн өзгөрүшү реактивдүүлүктү чагылдырат, ал эми интенсивдүүлүктүн жогорулашы глицерин курамынын көбөйүшүнөн улам 3PVA-(C10)2Na Alg моделинин молекуласынын электр терстигинин жогорулаганын тастыктайт.
B3LYP/6-311 г(д, п) эсептелген 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Algдин MESP мүчөсү (а) 1 Gly, (б) 2 Gly, (в) 3 Gly, (г) 4 Gly, (д) ​​5 Gly жана (ф) 6 Gly менен өз ара аракеттенишүүдө.
Сунушталган бардык структуралардын энтальпия, энтропия, жылуулук сыйымдуулугу, эркин энергия жана пайда болуу жылуулугу сыяктуу жылуулук параметрлери 200 Кден 500 Кге чейинки ар кандай температураларда эсептелген. Физикалык системалардын жүрүм-турумун сүрөттөө үчүн, алардын электрондук жүрүм-турумун изилдөөдөн тышкары, алардын бири-бири менен өз ара аракеттенүүсүнөн улам температуранын функциясы катары жылуулук жүрүм-турумун изилдөө керек, аны 1-таблицада келтирилген теңдемелерди колдонуу менен эсептөөгө болот. Бул жылуулук параметрлерин изилдөө мындай физикалык системалардын ар кандай температурадагы жооп берүүчүлүгүнүн жана туруктуулугунун маанилүү көрсөткүчү болуп эсептелет.
ПВА тримеринин энтальпиясына келсек, ал алгач NaAlg димери менен, андан кийин №10 көмүртек атомуна туташкан OH тобу аркылуу жана акырында глицерин менен реакцияга кирет. Энтальпия - термодинамикалык системадагы энергиянын өлчөмү. Энтальпия системадагы жалпы жылуулукка барабар, ал системанын ички энергиясына анын көлөмү менен басымынын көбөйтүндүсүнө барабар. Башкача айтканда, энтальпия затка канча жылуулук жана жумуш кошулганын же алынып салынганын көрсөтөт52.
5-сүрөттө 3PVA-(C10)2Na Alg ар кандай глицерин концентрациялары менен реакцияга киргендеги энтальпиянын өзгөрүшү көрсөтүлгөн. A0, A1, A2, A3, A4 жана A5 кыскартуулары тиешелүүлүгүнө жараша 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 жана 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly моделдик молекулаларын билдирет. 5a-сүрөттө температуранын жана глицериндин курамынын жогорулашы менен энтальпия жогорулай турганы көрсөтүлгөн. 200 К температурада 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (б.а. A5) билдирген түзүлүштүн энтальпиясы 27,966 кал/моль, ал эми 200 К температурада 3PVA-2NaAlg билдирген түзүлүштүн энтальпиясы 13,490 кал/моль. Акырында, энтальпия оң болгондуктан, бул реакция эндотермиялык болуп саналат.
Энтропия жабык термодинамикалык системадагы жеткиликсиз энергиянын өлчөмү катары аныкталат жана көп учурда системанын башаламандыгынын өлчөмү катары каралат. 5b-сүрөттө 3PVA-(C10)2NaAlg энтропиясынын температура менен өзгөрүшү жана анын ар кандай глицерин бирдиктери менен кандайча өз ара аракеттениши көрсөтүлгөн. Графиктен температура 200 Кден 500 Кге чейин жогорулаганда энтропия сызыктуу өзгөрөрү көрүнүп турат. 5b-сүрөттө 3PVA-(C10)2NaAlg моделинин энтропиясы 200 К температурада 200 кал/К/мольго умтулаары так көрсөтүлгөн, анткени 3PVA-(C10)2NaAlg модели торчо башаламандыгын азыраак көрсөтөт. Температура жогорулаган сайын 3PVA-(C10)2NaAlg модели башаламан болуп, температуранын жогорулашы менен энтропиянын көбөйүшүн түшүндүрөт. Андан тышкары, 3PVA-C10 2NaAlg-5Gly структурасы энтропиянын эң жогорку маанисине ээ экени айдан ачык.
Ушул эле жүрүм-турум 5c-сүрөттө байкалат, анда жылуулук сыйымдуулугунун температурага жараша өзгөрүшү көрсөтүлгөн. Жылуулук сыйымдуулугу - бул заттын белгилүү бир көлөмүнүн температурасын 1 °C47ге өзгөртүү үчүн талап кылынган жылуулуктун көлөмү. 5c-сүрөттө 1, 2, 3, 4 жана 5 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенүүдөн улам 3PVA-(C10)2NaAlg моделинин молекуласынын жылуулук сыйымдуулугунун өзгөрүшү көрсөтүлгөн. Сүрөттө 3PVA-(C10)2NaAlg моделинин жылуулук сыйымдуулугу температура менен сызыктуу жогорулай турганы көрсөтүлгөн. Температуранын жогорулашы менен жылуулук сыйымдуулугунун байкалган жогорулашы фонондук жылуулук термелүүлөргө байланыштуу. Мындан тышкары, глицериндин курамынын көбөйүшү 3PVA-(C10)2NaAlg моделинин жылуулук сыйымдуулугунун жогорулашына алып келери жөнүндө далилдер бар. Андан тышкары, структура 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly башка структураларга салыштырмалуу эң жогорку жылуулук сыйымдуулугуна ээ экенин көрсөтүп турат.
Изилденген структуралар үчүн эркин энергия жана пайда болуунун акыркы жылуулугу сыяктуу башка параметрлер эсептелген жана тиешелүүлүгүнө жараша 5d жана e сүрөттөрүндө көрсөтүлгөн. Пайда болуунун акыркы жылуулугу - бул туруктуу басым астында анын курамдык элементтеринен таза зат пайда болгондо бөлүнүп чыккан же сиңирилген жылуулук. Эркин энергияны энергияга окшош касиет катары аныктоого болот, б.а., анын мааниси ар бир термодинамикалык абалдагы заттын көлөмүнө жараша болот. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly эркин энергиясы жана пайда болуу жылуулугу эң төмөнкү болуп, тиешелүүлүгүнө жараша -1318,338 жана -1628,154 ккал/моль болгон. Ал эми 3PVA-(C10)2NaAlg билдирген структура башка структураларга салыштырмалуу эң жогорку эркин энергия жана пайда болуу жылуулугуна ээ -690,340 жана -830,673 ккал/моль. 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, глицерин менен өз ара аракеттенүүдөн улам ар кандай жылуулук касиеттери өзгөрөт. Гиббстин эркин энергиясы терс, бул сунушталган структуранын туруктуу экенин көрсөтүп турат.
PM6 таза 3PVA- (C10) 2Na Alg (A0 модели), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (A1 модели), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (A2 модели), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (A3 модели), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (A4 модели) жана 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (A5 модели) жылуулук параметрлерин эсептеген, мында (а) энтальпия, (b) энтропия, (c) жылуулук сыйымдуулугу, (d) эркин энергия жана (e) пайда болуу жылуулугу.
Башка жагынан алганда, PVA тримери менен димердик NaAlg ортосундагы экинчи өз ара аракеттенүү режими PVA тримеринин түзүлүшүндөгү терминалдык жана ортоңку OH топторунда пайда болот. Биринчи топтогудай эле, жылуулук параметрлери ошол эле деңгээлдеги теорияны колдонуу менен эсептелген. 6a-e сүрөтүндө энтальпиянын, энтропиянын, жылуулук сыйымдуулугунун, эркин энергиянын жана акырында пайда болуу жылуулугунун вариациялары көрсөтүлгөн. 6a-c сүрөттөрүндө 1-терм NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg энтальпиясынын, энтропиясынын жана жылуулук сыйымдуулугунун 1, 2, 3, 4, 5 жана 6 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенгенде биринчи топ сыяктуу эле жүрүм-турумду көрсөтөрү көрсөтүлгөн. Андан тышкары, алардын маанилери температуранын жогорулашы менен акырындык менен жогорулайт. Мындан тышкары, сунушталган 1-терм Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg моделинде энтальпиянын, энтропиянын жана жылуулук сыйымдуулугунун маанилери глицериндин курамынын жогорулашы менен жогорулаган. B0, B1, B2, B3, B4, B5 жана B6 кыскартуулары тиешелүү түрдө төмөнкү түзүлүштөрдү билдирет: Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly жана Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. 6a–c сүрөттө көрсөтүлгөндөй, глицерин бирдиктеринин саны 1ден 6га чейин көбөйгөн сайын энтальпиянын, энтропиянын жана жылуулук сыйымдуулугунун маанилери жогорулай турганы айдан ачык.
PM6 таза 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg (B0 модели), 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (B1 модели), 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (B2 модели), 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (B3 модели), 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (B4 модели), 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (B5 модели) жана 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (B6 модели) жылуулук параметрлерин эсептеген, анын ичинде (а) энтальпия, (b) энтропия, (c) жылуулук сыйымдуулугу, (d) эркин энергия жана (e) пайда болуу жылуулугу.
Мындан тышкары, 1-чейректе NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg-6Gly көрсөтүлгөн түзүлүш башка түзүлүштөргө салыштырмалуу энтальпиянын, энтропиянын жана жылуулук сыйымдуулугунун эң жогорку маанилерине ээ. Алардын арасында алардын маанилери 1-чейректе NaAlg − 3PVA-Mid 1 NaAlg − 6Gly боюнча 16,703 кал/моль, 257,990 кал/моль/К жана 131,323 ккал/мольдон 1-чейректе NaAlg − 3PVA-Mid 1 NaAlg − 6Gly боюнча тиешелүүлүгүнө жараша 33,223 кал/моль, 420,038 кал/моль/К жана 275,923 ккал/мольго чейин жогорулаган.
Бирок, 6d жана e сүрөттөрүндө эркин энергиянын жана пайда болуунун акыркы жылуулугунун (HF) температурага көз карандылыгы көрсөтүлгөн. HF табигый жана стандарттуу шарттарда бир моль заттын элементтеринен пайда болгондо пайда болгон энтальпиянын өзгөрүшү катары аныкталышы мүмкүн. Сүрөттөн көрүнүп тургандай, изилденген бардык структуралардын эркин энергиясы жана пайда болуунун акыркы жылуулугу температурага сызыктуу көз карандылыкты көрсөтөт, б.а., алар температуранын жогорулашы менен акырындык менен жана сызыктуу түрдө жогорулайт. Мындан тышкары, сүрөттө 1-термин Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly билдирген структура эң төмөнкү эркин энергияга жана эң төмөнкү HFке ээ экени да тастыкталган. Эки параметр тең 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly термининде -758,337ден -899,741 К кал/мольго чейин төмөндөгөн. Жыйынтыктардан көрүнүп тургандай, HF глицерин бирдиктеринин көбөйүшү менен азаят. Бул функционалдык топтордун көбөйүшүнө байланыштуу реактивдүүлүк да жогорулайт жана ошондуктан реакцияны жүргүзүү үчүн аз энергия талап кылынат дегенди билдирет. Бул пластиктештирилген PVA/NaAlg жогорку реактивдүүлүгүнө байланыштуу батареяларда колдонулушу мүмкүн экенин тастыктайт.
Жалпысынан алганда, температуранын таасири эки түргө бөлүнөт: төмөнкү температуранын таасири жана жогорку температуранын таасири. Төмөнкү температуранын таасири негизинен Гренландия, Канада жана Россия сыяктуу бийик кеңдиктерде жайгашкан өлкөлөрдө сезилет. Кышында бул жерлердеги сырткы абанын температурасы нөл градус Цельсийден бир топ төмөн болот. Литий-иондук батареялардын иштөө мөөнөтү жана иштеши төмөнкү температурага, айрыкча сайылуучу гибриддик электр унааларында, таза электр унааларында жана гибриддик электр унааларында колдонулгандарга таасир этиши мүмкүн. Космоско саякаттоо - бул литий-иондук батареяларды талап кылган дагы бир суук чөйрө. Мисалы, Марстагы температура -120 градус Цельсийге чейин төмөндөшү мүмкүн, бул космос кемелеринде литий-иондук батареяларды колдонууга олуттуу тоскоолдук жаратат. Төмөн иштөө температурасы литий-иондук батареялардын заряд өткөрүү ылдамдыгынын жана химиялык реакция активдүүлүгүнүн төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн, бул электроддун ичиндеги литий иондорунун диффузия ылдамдыгынын жана электролиттеги иондук өткөрүмдүүлүктүн төмөндөшүнө алып келет. Бул деградация энергия сыйымдуулугунун жана кубаттуулугунун төмөндөшүнө, ал эми кээде ал тургай иштөөнүн төмөндөшүнө алып келет53.
Жогорку температуранын таасири жогорку жана төмөнкү температуралуу чөйрөлөрдү камтыган кеңири колдонуу чөйрөлөрүндө пайда болот, ал эми төмөнкү температуранын таасири негизинен төмөнкү температуралуу колдонуу чөйрөлөрү менен чектелет. Төмөнкү температуранын таасири негизинен айлана-чөйрөнүн температурасы менен аныкталат, ал эми жогорку температуранын таасири, адатта, иштөө учурунда литий-иондук батареянын ичиндеги жогорку температурага көбүрөөк байланыштуу болот.
Литий-иондук батареялар жогорку ток шарттарында (тез заряддоо жана тез разряддоону кошо алганда) жылуулукту пайда кылат, бул ички температуранын көтөрүлүшүнө алып келет. Жогорку температурага дуушар болуу батареянын иштешинин начарлашына, анын ичинде кубаттуулуктун жана кубаттуулуктун жоголушуна алып келиши мүмкүн. Адатта, жогорку температурада литийдин жоголушу жана активдүү материалдардын калыбына келиши кубаттуулуктун жоголушуна алып келет, ал эми кубаттуулуктун жоголушу ички каршылыктын жогорулашынан улам болот. Эгерде температура көзөмөлдөн чыгып кетсе, жылуулуктун агып кетиши пайда болот, бул кээ бир учурларда өзүнөн-өзү күйүүгө же ал тургай жарылууга алып келиши мүмкүн.
QSAR эсептөөлөрү – бул биологиялык активдүүлүк менен кошулмалардын структуралык касиеттеринин ортосундагы байланыштарды аныктоо үчүн колдонулган эсептөө же математикалык моделдөө ыкмасы. Бардык иштелип чыккан молекулалар оптималдаштырылган жана кээ бир QSAR касиеттери PM6 деңгээлинде эсептелген. 3-таблицада эсептелген QSAR дескрипторлорунун айрымдары келтирилген. Мындай дескрипторлордун мисалдары заряд, TDM, жалпы энергия (E), иондоштуруу потенциалы (IP), Log P жана поляризациялануу (IP жана Log P аныктоо формулалары үчүн 1-таблицаны караңыз).
Эсептөөнүн жыйынтыктары көрсөткөндөй, изилденген бардык структуралардын жалпы заряды нөлгө барабар, анткени алар негизги абалда. Биринчи өз ара аракеттенүү ыктымалдуулугу үчүн глицериндин TDMи 3PVA-(C10) 2Na Alg үчүн 2,788 Debye жана 6,840 Debye түзгөн, ал эми 3PVA-(C10) 2Na Alg глицериндин 1, 2, 3, 4 жана 5 бирдиги менен өз ара аракеттенгенде TDM маанилери тиешелүүлүгүнө жараша 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,568 Debye жана 12,779 Debye чейин көбөйтүлгөн. TDM мааниси канчалык жогору болсо, анын айлана-чөйрө менен реактивдүүлүгү ошончолук жогору болот.
Жалпы энергия (E) да эсептелген жана глицерин менен 3PVA-(C10)2 NaAlgдин E маанилери тиешелүүлүгүнө жараша -141,833 эВ жана -200092,503 эВ экени аныкталган. Ошол эле учурда, 3PVA-(C10)2 NaAlgди билдирген структуралар 1, 2, 3, 4 жана 5 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенишет; E тиешелүүлүгүнө жараша -996,837, -1108,440, -1238,740, -1372,075 жана -1548,031 эВ болуп калат. Глицериндин курамынын көбөйүшү жалпы энергиянын азайышына жана демек, реактивдүүлүктүн жогорулашына алып келет. Жалпы энергияны эсептөөнүн негизинде 3PVA-2Na Alg-5 Gly болгон моделдик молекула башка моделдик молекулаларга караганда реактивдүү деген тыянак чыгарылган. Бул кубулуш алардын түзүлүшүнө байланыштуу. 3PVA-(C10)2NaAlg курамында эки гана -COONa тобу бар, ал эми башка структураларда эки -COONa тобу бар, бирок бир нече OH топтору бар, бул алардын айлана-чөйрөгө карата реактивдүүлүгүнүн жогорулаганын билдирет.
Мындан тышкары, бул изилдөөдө бардык структуралардын иондоштуруу энергиялары (ИЭ) каралат. Иондоштуруу энергиясы изилденген моделдин реактивдүүлүгүн өлчөө үчүн маанилүү параметр болуп саналат. Электронду молекуланын бир чекитинен чексиздикке жылдыруу үчүн талап кылынган энергия иондоштуруу энергиясы деп аталат. Ал молекуланын иондоштуруу даражасын (б.а. реактивдүүлүгүн) билдирет. Иондоштуруу энергиясы канчалык жогору болсо, реактивдүүлүгү ошончолук төмөн болот. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 жана 5 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенишинин ИЭ натыйжалары тиешелүүлүгүнө жараша -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 жана -9,323 эВ болгон, ал эми глицерин жана 3PVA-(C10)2NaAlg нын ИЭлери тиешелүүлүгүнө жараша -5,157 жана -9,341 эВ болгон. Глицеринди кошуу IP маанисинин төмөндөшүнө алып келгендиктен, молекулярдык реактивдүүлүк жогорулаган, бул электрохимиялык түзүлүштөрдө PVA/NaAlg/глицерин моделинин молекуласынын колдонулушун күчөтөт.
3-таблицадагы бешинчи дескриптор - бул Log P, ал бөлүү коэффициентинин логарифми жана изилденип жаткан түзүлүштүн гидрофилдик же гидрофобдук экенин сүрөттөө үчүн колдонулат. Терс Log P мааниси гидрофилдик молекуланы көрсөтөт, башкача айтканда, ал сууда оңой эрийт жана органикалык эриткичтерде начар эрийт. Оң маани тескерисинче процессти көрсөтөт.
Алынган жыйынтыктарга таянып, бардык структуралар гидрофилдик деген тыянак чыгарууга болот, анткени алардын Log P маанилери (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly жана 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) тиешелүүлүгүнө жараша -3,537, -5,261, -6,342, -7,423 жана -8,504 түзөт, ал эми глицериндин Log P мааниси -1,081 гана, ал эми 3PVA-(C10)2Na Alg болгону -3,100. Бул изилденип жаткан структуранын касиеттери анын структурасына суу молекулалары кирген сайын өзгөрөт дегенди билдирет.
Акырында, бардык структуралардын поляризациялануусу PM6 деңгээлинде жарым эмпирикалык ыкманы колдонуу менен эсептелет. Буга чейин көпчүлүк материалдардын поляризациялануусу ар кандай факторлорго көз каранды экени белгиленген. Эң маанилүү фактор - изилденип жаткан структуранын көлөмү. 3PVA жана 2NaAlg ортосундагы биринчи типтеги өз ара аракеттенүүнү камтыган бардык структуралар үчүн (өз ара аракеттенүү 10-көмүртек атому аркылуу жүрөт), поляризациялануусу глицерин кошуу менен жакшыртылат. Поляризациялануусу 1, 2, 3, 4 жана 5 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенүүнүн эсебинен 29,690 Åден 35,076, 40,665, 45,177, 50,239 жана 54,638 Åге чейин жогорулайт. Ошентип, эң жогорку поляризациялануучу моделдик молекула 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, ал эми эң төмөнкү поляризациялануучу моделдик молекула 3PVA-(C10)2NaAlg, ал 29.690 Å экени аныкталды.
QSAR дескрипторлорун баалоо 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Glyди билдирген түзүлүш биринчи сунушталган өз ара аракеттешүү үчүн эң реактивдүү экенин көрсөттү.
PVA тримери менен NaAlg димеринин ортосундагы экинчи өз ара аракеттенүү режими үчүн, жыйынтыктар алардын заряддары мурунку бөлүмдө биринчи өз ара аракеттенүү үчүн сунушталган заряддарга окшош экенин көрсөтүп турат. Бардык структуралардын электрондук заряды нөлгө барабар, бул алардын баары негизги абалда экенин билдирет.
4-таблицада көрсөтүлгөндөй, 1-терм Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg TDM маанилери (PM6 деңгээлинде эсептелген) 1-терм Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5 жана 6 бирдик глицерин менен реакцияга киргенде 11.581 Дебайдан 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 жана 15.756га чейин жогорулаган. Бирок, жалпы энергия глицерин бирдиктеринин санынын көбөйүшү менен азаят жана 1-терм. NaAlg − 3PVA- Mid 1 NaAlg белгилүү бир сандагы глицерин бирдиктери менен (1ден 6га чейин) өз ара аракеттенишкенде, жалпы энергия тиешелүүлүгүнө жараша − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 жана − 1637.432 эВ түзөт.
Экинчи өз ара аракеттенүү ыктымалдуулугу үчүн IP, Log P жана поляризациялануу да PM6 теориясынын деңгээлинде эсептелет. Ошондуктан, алар молекулярдык реактивдүүлүктүн эң күчтүү үч сүрөттөмөсүн карап чыгышкан. 1, 2, 3, 4, 5 жана 6 глицерин бирдиктери менен өз ара аракеттенген 1-чыгарылыш Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Algди билдирген структуралар үчүн IP −9,385 эВден −8,946, −8,848, −8,430, −9,537, −7,997 жана −8,900 эВге чейин жогорулайт. Бирок, 1-чыгарылыш Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg глицерин менен пластиктештирилгендиктен, эсептелген Log P мааниси төмөн болгон. Глицериндин курамы 1ден 6га чейин жогорулаган сайын, анын маанилери -3,643түн ордуна -5,334, -6,415, -7,496, -9,096, -9,861 жана -10,53 болуп калат. Акырында, поляризациялануучулук маалыматтары глицериндин курамын көбөйтүү 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg поляризациялануучулугунун жогорулашына алып келгенин көрсөттү. 6 глицерин бирдиги менен өз ара аракеттенүүдөн кийин 1-терм Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg моделинин поляризациялануучулугу 31,703 Åден 63,198 Åге чейин жогорулаган. Экинчи өз ара аракеттенүү ыктымалдуулугундагы глицерин бирдиктеринин санын көбөйтүү атомдордун саны көп жана татаал түзүлүшкө карабастан, глицериндин курамынын жогорулашы менен көрсөткүчтөр дагы эле жакшырып жатканын ырастоо үчүн жүргүзүлөрүн белгилей кетүү маанилүү. Ошентип, жеткиликтүү PVA/Na Alg/глицерин модели литий-иондук батареяларды жарым-жартылай алмаштыра алат деп айтууга болот, бирок дагы көп изилдөө жана иштеп чыгуулар талап кылынат.
Адсорбат менен беттин байланышуу жөндөмдүүлүгүн мүнөздөө жана системалардын ортосундагы уникалдуу өз ара аракеттенүүлөрдү баалоо үчүн каалаган эки атомдун ортосундагы байланыштын түрү, молекулалар аралык жана молекула ичиндеги өз ара аракеттенүүлөрдүн татаалдыгы жана беттин жана адсорбенттин электрондук тыгыздык бөлүштүрүлүшү жөнүндө билим талап кылынат. Өз ара аракеттенүүчү атомдордун ортосундагы байланыштын критикалык чекитиндеги (BCP) электрон тыгыздыгы QTAIM анализинде байланыштын күчүн баалоо үчүн абдан маанилүү. Электрондук заряддын тыгыздыгы канчалык жогору болсо, коваленттик өз ара аракеттенүү ошончолук туруктуу болот жана жалпысынан алганда, бул критикалык чекиттерде электрон тыгыздыгы ошончолук жогору болот. Андан тышкары, эгерде жалпы электрон энергиясынын тыгыздыгы (H(r)) жана Лаплас зарядынын тыгыздыгы (∇2ρ(r)) 0дон аз болсо, бул коваленттик (жалпы) өз ара аракеттенүүлөрдүн бар экендигин көрсөтөт. Башка жагынан алганда, ∇2ρ(r) жана H(r) 0,54төн чоң болгондо, бул алсыз суутек байланыштары, ван-дер-Ваальс күчтөрү жана электростатикалык өз ара аракеттенүүлөр сыяктуу коваленттик эмес (жабык кабык) өз ара аракеттенүүлөрдүн бар экендигин көрсөтөт. QTAIM анализи 7 жана 8-сүрөттөрдө көрсөтүлгөндөй, изилденген структуралардагы коваленттик эмес өз ара аракеттенүүлөрдүн мүнөзүн ачып берди. Анализдин негизинде, 3PVA − 2Na Alg жана Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Algди билдирген моделдик молекулалар ар кандай глицин бирдиктери менен өз ара аракеттенген молекулаларга караганда жогорку туруктуулукту көрсөттү. Себеби, альгинат структурасында көбүрөөк кездешкен электростатикалык өз ара аракеттенүүлөр жана суутек байланыштары сыяктуу бир катар коваленттик эмес өз ара аракеттенүүлөр альгинаттын композиттерди турукташтырышына мүмкүндүк берет. Андан тышкары, биздин жыйынтыктар 3PVA − 2Na Alg жана Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg моделдик молекулалары менен глициндин ортосундагы коваленттик эмес өз ара аракеттенүүлөрдүн маанилүүлүгүн көрсөтүп турат, бул глицин композиттердин жалпы электрондук чөйрөсүн өзгөртүүдө маанилүү ролду ойной турганын көрсөтүп турат.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly жана (f) 5Gly менен өз ара аракеттенген 3PVA − 2NaAlg моделдик молекуласынын QTAIM анализи.