nature.com сайтыш пурымыланда таум ыштена. Тендан кучылтмо браузер версийыште CSS полыш шагал. Эн сай опытым налаш манын, ме браузерын пытартыш версийжым кучылташ темлена (але Internet Explorer-ыште келыштарыме режимым йӧрташ). Тылеч посна, умбакыже полыш лийже манын, тиде сайтыште стиль-влак але JavaScript огыт пурто.
Натрий ресурс шуко улмылан кӧра, натрий-ионный батарейышке-влак (НИБ) электрохимический энергийым аралыме перспективный альтернативный йӧным ончыктат. Кызыт NIB технологийым вияҥдымаште тӱҥ чараклан электрод материалын ситыдымашыже шотлалтеш, тудо натрий ион-влакым кужу жаплан пӧртылтен арален/луктен кертеш. Сандене тиде шымлымашын цельже — NIB электрод материал семын поливинил спирт (ПВА) ден натрий альгинат (NaAlg) мешак-влаклан глицерин ешартышын эффектыжым теоретически шымлаш. Тиде шымлымаш ПВА, натрий альгинат да глицерин мешак негызеш полимер электролит-влакын электрон, шокшо да количественный структур-активность кыл (QSAR) дескрипторыштлан ойыралтеш. Тиде свойствым полуэмпирический йӧн да тыгыде функциональный теорий (ПФТ) дене шымлат. Структур анализ ПВА/альгинат ден глицерин коклаште вашкыл деталь-влакым почын пуымо деч вара, диапазон ойыртем энергий (Мутлан) шымлыме. Лектыш ончыкта: глицериным ешарыме дене Eg значений 0,2814 эВ марте иземеш. Молекулярный электростатический потенциал ӱмбал (МЭПП) электронлан поян да электронлан йорло регион-влакын да молекулярный заряд-влакын пӱтынь электролит системыште шеледымашыштым ончыкта. Шымлыме шокшо параметр-влак коклаште энтальпий (H), энтропий (ΔS), шокшо куат (Cp), Гиббс эрыкан энергий (G) да формирований шокшо улыт. Тылеч посна, тиде шымлымашыште икмыняр количественный структур-активность кылым (QSAR) дескриптор-влакым шымленыт, мутлан, чумыр диполь момент (TDM), чумыр энергий (E), ионизаций потенциал (IP), Log P да поляризаций. Лектыш ончыктен: температур да глицерин содержаний кугемме дене H, ΔS, Cp, G да TDM кугемыныт. Тиде жапыште формирований шокшо, ИП да Е иземден, тудо реактивность да поляризоваться саемден. Тылеч посна, глицериным ешарен, клетке напряжений 2,488 В марте кугемын. DFT да PM6 шотлымо негызеш роскотлан эҥгекым ыштыше ПВА/Na Alg глицерин негызеш электролит-влак ончыктат, нуно литий-ионный батарейышке ужаш дене алмаштен кертыт, молан манаш гын, нунын шуко функциян улыт, но умбакыже саемдаш да шымлымаш кӱлеш.
Литий-ионный батарейышке (ЛИБ) кумдан кучылталтыт гынат, нунын кучылтмашышт кӱчык цикл ӱмырышт, кугу ак да лӱдыкшыдымылык шотышто тургыжланымашыштлан кӧра шуко ограниченийым вашлиеш. Натрий-ионный батарейышке-влак (СИБ) кумда доступен, изи ак да натрий элементын токсичностьшо укелан кӧра ЛИБ-лан илышыш шыҥдаралтше альтернатива лийын кертыт. Натрий-ионный батарейышке-влак (СИБ) электрохимический прибор-влаклан энергийым аралыме системылан утларак да утларак кӱлешан лийыт1. Натрий-ионный батарейышке-влак ион-влакым шупшыкташ да электричестве токым ышташ электролит-влаклан чот эҥертат2,3. Жидкий электролит-влак тӱҥ шотышто металл шӧр да органике растворитель гыч шогат. Практикыште кучылтмо годым лӱдыкшыдымылыкым тӱткын шотлаш кӱлеш, поснак батарейышке шокшо але электричестве напряжений годым4.
Натрий-ионный батарейышке (СИБ) лишыл жапыште литий-ионный батарейышке алмашташ шонат, молан манаш гын, нунын шуко океан запасышт, токсичностьышт уке да материалын акше шагал. Наноматериал-влакым синтезироватлымаш данныйым аралыме, электрон да оптике ӱзгар-влакым вияҥдымашым писынрак ыштен. Литературын кугу ужашыже тӱрлӧ наноструктурым (мутлан, металл оксид, графен, нанотрубка да фуллерен) натрий-ионный батарейыште кучылтмым ончыктен. Шымлымаш анодный материалым, ты шотыштак полимер-влакым, натрий-ионный батарейышке ыштыме шотышто виктаралтын, вет нуно универсал улыт да экологийлан келшен толыт. Заряжаемый полимер батарейышке-влак аланыште шымлымаш кумыл, мутат уке, кугемеш. Шкешотан структур да койыш-шоктыш дене у полимер электрод материал-влак, очыни, экологий шотышто энергийым аралыме технологийлан корным почыт. Натрий-ионный батарейыште кучылташ тӱрлӧ полимер электрод материалым шымлыме гынат, тиде аланыште эше вияҥме тӱҥалтыш этапыште. Натрий-ионный батарейышке тӱрлӧ структур конфигураций дене утларак полимер материалым шымлаш кӱлеш. Полимерный электрод материалыште натрий ион-влакым аралыме механизм нерген кызытсе шинчымашна негызеш тыгай гипотезым ышташ лиеш: конъюгированный системыште карбонильный группо, эрыкан радикал да гетероатом-влак натрий ион-влак дене вашкыллан чолга вер семын служитлен кертыт. Сандене нине чолга вер-влакын кугу тыгыдылыкышт дене у полимер-влакым ышташ кӱлешан. Гель-полимер электролит (ГПЭ) — тиде альтернативный технологий, тудо батарейын ӱшанлыкшым, ионный проводимостьым, утечка укелыкым, кугу лывыргылыкым да сай лектышым саемда12.
Полимер матрице-влак тыгай материалым пуртат, кузе ПВА да полиэтилен оксид (ПЭО)13. Гель проницаемый полимер (ГПЭ) полимер матрицыште жидкий электролит иммобилизовать, тудо коммерческий сепаратор дене таҥастарымаште утечка лӱдыкшым иземда14. ПВА — синтетике биоразлагаемый полимер. Тудо кугу проницаемость, шулдо да токсичный огыл. Материал шке плёнкообразование свойствыжым, химий пеҥгыдылыкше да адгезия дене палыме. Тудо тыгак функциональный (ОН) группо да кугу сшивание потенциал плотность15,16,17. Полимерым ушымаш, пластификаторым ешарымаш, композитым ешарымаш да in situ полимеризаций йӧн-влакым ПВА негызеш ыштыме полимер электролит-влакын проводимостьыштым саемдаш кучылтыныт, матрицын кристалличностьшым иземдаш да шинчыр лывыргылыкшым кугемдаш манын18,19,20.
Промышленный кучылтмашлан полимер материалым ыштыме годым мешаяш кӱлешан йӧнлан шотлалтеш. Полимер мешак-влакым чӱчкыдын кучылтыт: (1) промышленный кучылтмаште пӱртӱс полимер-влакын обрабатыватлыме свойствыштым саемдаш; (2) биоразлагаемый материалын химий, физический да механике свойствыжым саемдаш; да (3) кочкышым оптымо промышленностьышто у материаллан писын вашталтше йодмашлан келыштараш. Сополимеризаций деч ойыртемалтше, полимер ушымаш — тиде шагал роскотан процесс, тудо кӱлеш свойствым налашлан сложный химий процесс-влакым огыл, а тыглай физический процесс-влакым кучылтеш21. Гомополимер-влакым ышташлан тӱрлӧ полимер-влак диполь-диполь вий, водород кыл але заряд-передача комплекс гоч вашкыл ыштен кертыт22,23. Пӱртӱс да синтетике полимер гыч ыштыме мешак-влак сай биосовместимостьым чапле механике свойствым ушен кертыт, тыге изирак производствын роскотшо дене ӱлнӧ улшо материалым ыштен кертыт24,25. Сандене синтетике да пӱртӱс полимер-влакым ушен, биоактуальный полимер материалым ыштыме шотышто кугу кумыл лектын. ПВА натрий альгинат (NaAlg), целлюлоза, хитозан да крахмал26 дене ушен кертеш.
Натрий альгинат — теҥыз кӱрен водоросль гыч лукмо пӱртӱс полимер да анионный полисахарид. Натрий альгинат β-(1-4)-связанный D-маннуроновый кислота (М) да α-(1-4)-связанный L-гулуроновый кислота (Г) гыч шога, нуно гомополимерный формышто (поли-М да поли-Г) да гетерополимерный блоклаште (МГ але ГМ) организоватлалтыт27. М ден Г блок-влакын содержанийышт да относительный отношенийышт альгинатын химий да физический свойствыжлан кугу влиянийым ыштат28,29. Натрий альгинат кумдан кучылталтеш да шымлалтеш, молан манаш гын, тудо биоразлагаемость, биосовместимость, изи ак, сай плёнкообразующий койыш, да нетоксичность. Туге гынат, альгинат шинчырыште эрыкан гидроксил (OH) да карбоксилат (COO) группо-влакын шуко улмышт альгинатым пеш гидрофильный ышта. Туге гынат, альгинат шке ломкостьшо да пеҥгыдылыкше дене начар механике койыш-шоктышан. Сандене альгинатым вӱдлан чулымлыкым да механике койыш-шоктышым саемдаш моло синтетике материал дене пырля кучылташ лиеш30,31.
У электрод материалым ыштыме деч ончыч, у материалым ыштыме йӧным аклаш чӱчкыдынак DFT расчёт-влакым кучылтыт. Тылеч посна, шанчызе-влак экспериментальный лектышым пеҥгыдемдаш да ончылгоч пален налаш, жапым аралаш, химий роскотым иземдаш да вашкыл койыш-шоктышым ончылгоч пален налаш молекулярный моделироватлымашым кучылтыт32. Молекулярный моделироватлымаш шуко аланыште, ты шотыштак материалым науко, наноматериал, вычислительный химий да наркотикым мумаш, шанче куатле да кӱлешан отрасльыш савырнен33,34. Моделироватлымаш программе-влакым кучылтын, шанчызе-влак тура молекулярный данныйым налын кертыт, нунын коклаште энергий (формирований шокшо, ионизаций потенциал, активация энергий да т.м.) да геометрий (связь лукшо, связь кужытшо да торсионный лукшо)35. Тылеч посна электрон свойствым (заряд, HOMO да LUMO диапазон ойыртем энергий, электрон аффинность), спектральный свойствым (характерный вибраций режим ден интенсивность, мутлан, ФТИР спектр-влак), да оптовый свойствым (кугыт, диффузий, вязкость, модуль да т.м.)36 шотлаш лиеш.
LiNiPO4 шке кугу энергий плотностьшо (паша напряженийже 5,1 В наре) литий-ионный батарейысе положительный электрод материал дене таҥасымаште потенциальный ӱлнӧ улмыжым ончыкта. Кӱкшӧ напряжений регионышто LiNiPO4-ын пайдалыкшым тичмашнек кучылташ манын, паша напряженийым волташ кӱлеш, вет кызытсе вияҥдыме кӱкшӧ напряжений электролит 4,8 В деч изирак напряженийыште гына относительно пеҥгыде лийын кертеш. Чжан да молат. LiNiPO4-ын Ni верыште чыла 3d, 4d да 5d кусарыме металл-влакын легироватлымашыштым шымленыт, чапле электрохимический лектыш дене легироватлыме образец-влакым ойырен налыныт да LiNiPO4-ын паша напряженийжым келыштареныт, тыгодым тудын электрохимический лектышыжын относительный пеҥгыдылыкшым арален коденыт. Эн изи паша напряженийым нуно налыныт 4,21, 3,76, да 3,5037 Ti, Nb, да Ta-легированный LiNiPO4, шот дене.
Сандене тиде шымлымашын цельже — глицеринын пластификатор семын электрон свойствыжлан, QSAR дескрипторжо да ПВА/NaAlg системын шокшо свойствыжлан влиянийжым теоретически шымлаш, тудым аккумуляторный ион-ионный батарейылаште кучылташ квантовый механике расчётым кучылтын. PVA/NaAlg модель ден глицерин коклаште молекулярный вашкыл-влакым Бадерын молекул-влакын квантовый атом теорийышт (QTAIM) дене лончыленыт.
ДФТ дене пайдаланен, ПВА-н NaAlg дене, вара глицерин дене вашкылжым ончыктышо молекул модельым оптимизацийым ыштеныт. Модельым спектроскопий пӧлкаште, Национальный шымлыме рӱдерыште, Каирыште, Египетыште, Gaussian 0938 программе полшымо дене шотленыт. Модель-влакым DFT дене B3LYP/6-311G(d, p) кӱкшытыштӧ 39,40,41,42 оптимизацийым ыштеныт. Шымлыме модель-влак коклаште вашкылым тергаш манын, теорийын ик кӱкшытшӧ дене эртарыме частота шымлымаш-влак оптимизироватлыме геометрийын пеҥгыдылыкшым ончыктат. Чыла аклыме частота коклаште отрицательный частота-влакын укелыкышт потенциальный энергий ӱмбалне чын положительный минимумлаште лукмо структурым ойырен ончыкта. Физический параметр-влак, кузе тыгай TDM, HOMO/LUMO диапазон ойыртем энергий да MESP, икгай квантовый механике кӱкшытыштӧ теорий шотлен лукмо. Тылеч посна, южо шокшо параметр-влакым, мутлан, пытартыш шокшым, эрыкан энергийым, энтропийым, энтальпий да шокшо куатым, 1-ше таблицыште пуымо формулым кучылтын шотленыт. Шымлыме модель-влакым шымлыме структур-влакын ӱмбалнышт лийше вашкыл-влакым палемдаш манын, молекуллаште атом-влакын квантовый теорийышт (QTAIM) анализлан эҥертеныт. Тиде расчёт-влакым Gaussian 09 программе кодышто “output=wfn” команде дене ыштыме, вара Avogadro программе code43 дене визуализироватлыме.
Кушто E — кӧргӧ энергий, P — давлений, V — объем, Q — системе ден тудын йырым-йырысе среда коклаште шокшо вашталтыш, T — температур, ΔH — энтальпийын вашталтышыже, ΔG — эрыкан энергийын вашталтышыже, ΔS — энтропий вашталтыш, a ден b — вибраций параметр-влак, q — атом заряд, а C — атомный электронность, 4545. Пытартышлан, тыгаяк структур-влакым оптимизацийым ыштеныт да QSAR параметр-влакым PM6 кӱкшытыштӧ шотленыт, SCIGRESS программе code46 дене пайдаланен, Каирыште (Египет) Национальный шымлыме рӱдерын спектроскопий пӧлкаштыже.
Ончычсо пашаште47 ме кум ПВА единице кок NaAlg единице дене вашкылым сӱретлыше эн вероятный модельым акленна, глицерин пластификатор семын выступатлен. Ӱлнӧ палемдыме семын, ПВА ден NaAlg вашкыллан кок йӧн уло. Кок модель, палемдыме 3PVA-2Na Alg (углерод номер 10 негызеш) да термин 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, эн изи энергий ойыртем значений48 моло шотлымо структур дене таҥастарымаште. Сандене, пытартыш кок структурым кучылтын, PVA/Na Alg мешак полимерын эн вероятный модельышкыже Gly ешартышын эффектыжым шымленыт: 3PVA-(C10)2Na Alg (тыглайлыклан 3PVA-2Na Alg маналтеш) да 1-ше термин Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Литератур почеш, ПВА, NaAlg да глицерин гидроксильный функциональный группо коклаште лушкыдо водородный кылым гына ыштен кертыт. ПВА тример да NaAlg да глицерин димер коктынат икмыняр ОН группо улмылан кӧра, контактым ОН группо гыч иктыже гоч шукташ лиеш. 1-ше рисыште модель глицерин молекул ден модель молекул 3PVA-2Na Alg коклаште вашкыл ончыкталтеш, а 2-шо рисыште модель молекул Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg да тӱрлӧ концентраций глицерин коклаште вашкыл чоҥымо модель ончыкталтеш.
Оптимизироватлыме структур-влак: (а) Gly да 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly да (f) 5 Gly дене кылым куча.
Оптимизировать структур-влак Термин 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg вашкыл дене (а) 1 Гли, (б) 2 Гли, (в) 3 Гли, (г) 4 Гли, (д) ​​5 Гли, да (е) 6 Гли.
Электрон диапазон ойыртем энергий — кеч-могай электрод материалын реактивностьшым шымлыме годым шотыш налаш кӱлешан параметр. Молан манаш гын, тудо материалым тӱжвал вашталтышлан эҥертыме годым электрон-влакын койышыштым сӱретла. Сандене чыла шымлыме структурлан HOMO/LUMO-н электрон диапазон ойыртем энергийжым шотлаш кӱлеш. Таблица 2 3PVA-(C10)2Na Alg да Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg глицериным ешарыме дене кылдалтше HOMO/LUMO энергийын вашталтышыжым ончыкта. ref47 почеш, 3PVA-(C10)2Na Alg-ын Eg значенийже 0,2908 эВ, а кокымшо вашкылын вероятностьшым ончыктышо структурын Eg значенийже (т.е. Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0,5706 эВ.
Туге гынат, глицериным ешарыме дене 3PVA-(C10)2Na Alg-ын Eg значенийже изишак вашталтеш. Кунам 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 да 5 глицерин единице дене кылым куча, тудын Eg значенийже 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 да 0,281 эВ лийын. Туге гынат, шергакан умылымаш уло, 3 глицерин единице ешарен деч вара, Eg значенийже 3PVA-(C10)2Na Alg деч изирак лийын. 3PVA-(C10)2Na Alg-ын вич глицерин единице дене вашкылжым ончыктышо модель эн ӱшанле вашкыл модельлан шотлалтеш. Тиде ончыкта, глицерин единице-влакын чотышт кугемме семын вашкыл лийме вероятностьат кугемеш.
Тиде жапыште, вашкыл кокымшо вероятностьлан, HOMO/LUMO энергий-влак модель молекул-влак ончыктат Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 31 – PVA – 1Na Alg-1Gly, Term Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly да Терм 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly 1,343, 1,34 7, 0,976, 0,060, 0,047, 4048, да 6988. соответственно. Таблица 2 чыла структурлан шотлымо HOMO/LUMO диапазон ойыртем энергийым ончыкта. Эшежым, икымше тӱшкан вашкыл вероятностьшын тыгаяк койышыжо тыште угыч ончыкталтеш.
Пеҥгыде состоянийын физикыштыже диапазон теорий тыге ойла: электрод материалын диапазон ойыртемже иземме семын материалын электрон проводимостьшо кугемеш. Допинг — натрий-ионный катод материалын диапазон ойыртемжым иземдыме тыглай йӧн. Цзян да молат. β-NaMnO2 лончын материалын электрон проводимостьшым саемдаш Cu легироватлымашым кучылтыныт. DFT расчётым кучылтын, нуно пален налыныт: легироватлымаш материалын диапазон ойыртемжым 0,7 эВ гыч 0,3 эВ марте иземден. Тиде ончыкта, Cu легироватлымаш β-NaMnO2 материалын электрон проводимостьшым саемда.
MESP — тиде молекулярный зарядын шеледымашыже ден ик положительный заряд коклаште вашкыл энергий семын рашемдалтеш. МЭСП химий свойствым да реактивностьым умылаш да умылтараш пайдале ӱзгарлан шотлалтеш. MESP полимер материал коклаште вашкыл механизм-влакым умылаш кучылташ лиеш. MESP шымлыме соединенийыште зарядын шеледымашыжым сӱретла. Тылеч посна, МЭСП шымлыме материаллаште чолга вер-влак нерген информацийым пуа32. рис ончыкта, MESP график-влак 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly прогнозироватлыме B3LYP/6-311G(d, p) кӱкшытыштӧ теорий.
MESP контур-влакым B3LYP/6-311 g(d, p) дене шотлымо (а) Gly да 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly да (f) 5 Gly дене кылым куча.
Тиде жапыште 4-ше рис. 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, 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg, MESP-ын шотлымо лектышыжым ончыкта. Термин 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, Термин 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly да Термин 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly, шот дене. Шотлымо MESP контур койыш семын ончыкталтеш. Контур линий-влак тӱрлӧ тӱсан улыт. Кажне тӱс тӱрлӧ электроотрицательность значенийым ончыкта. Ужар тӱс моткоч электроотрицательный але реактивный вер-влакым ончыкта. Тиде жапыште кӱшыл тӱс структурышто 49, 50, 51 нейтральный вер-влакым ончыкта. MESP лектыш ончыктен, 3PVA-(C10)2Na Alg-ын реактивностьшо шымлыме модель-влак йыр ужар тӱс кугемме дене кугемын. Тиде жапыште, ужар тӱс интенсивность MESP картыште Термин 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg модель молекул тӱрлӧ глицерин содержаний дене вашкыллан кӧра иземеш. Темлыме структур йыр ужар тӱсан шеледымашын вашталтышыже реактивностьым ончыкта, а интенсивностьын кугеммыже 3PVA-(C10)2Na Alg модель молекулын глицерин содержанийже кугеммылан кӧра электроотрицательностьын кугеммыжым пеҥгыдемда.
B3LYP/6-311 g(d, p) шотлен MESP Термин 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg вашкыл дене (а) 1 Gly, (б) 2 Gly, (в) 3 Gly, (d) 4 Gly, (д) ​​5 Gly, да (f) 6 Gly.
Чыла темлыме структурын шке тепловой параметрже-влак улыт, мутлан, энтальпий, энтропий, шокшо куатым, эрыкан энергийым да формирований шокшым 200 К гыч 500 К марте тӱрлӧ температур годым шотлымо. Физический системын койышыжым сӱретлаш манын, нунын электрон койышыштым шымлыме деч посна, тыгак нунын тепловой койышыштым температур функций семын шымлаш кӱлеш, кудыжо икте-весе дене вашкыллан кӧра лийын кертеш 1-ше таблицыште пуымо уравнений-влакым кучылтын шотлымо. Тиде шокшо параметр-влакым шымлымаш тыгай физический системын тӱрлӧ температур годым вашмутланымашын да пеҥгыдылыкын кӱлешан показательжылан шотлалтеш.
ПВА тримерын энтальпийже нерген ойлаш гын, тудо ондак NaAlg димер дене, вара углерод атом #10 дене кылдалтше ОН группо гоч, а адакат глицерин дене реакцийыш пура. Энтальпий — термодинамический системыште энергийын висымашыже. Энтальпий системыште чумыр шокшылан тӧр, тудо системын кӧргӧ энергийжылан да тудын кугытшо ден давленийжын произведенийже дене эквивалент. Вес семынже, энтальпий ончыкта, мыняр шокшым да пашам ешараш але кораҥдаш вещества52.
5-ше рисыште 3PVA-(C10)2Na Alg-ын тӱрлӧ глицерин концентраций дене реакций годым энтальпий вашталтышым ончыктымо. А0, А1, А2, А3, А4 да А5 кӱчыкемдыме мут-влак 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na − 3Gly, модель молекул-влакым ончыктат 3ПВА-(С10)2Na Alg − 4Gly, да 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly, шот дене. 5а рис ончыкта, энтальпий температур да глицерин содержаний кугемме дене кугемеш. 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (т.е. A5) 200 К годым структурын энтальпийже 27,966 кал/моль, а 200 К годым 3PVA- 2NaAlg ончыктышо структурын энтальпийже 13,490 кал/моль. Пытартышлан, энтальпий положительный улмылан кӧра, тиде реакций эндотермический.
Энтропий петыралтше термодинамический системыште доступен огыл энергийын висымашыже семын рашемдалтеш да чӱчкыдынак системын беспорядокшын висымашыже семын ончалтеш. 5b рис 3PVA-(C10)2NaAlg энтропийын температур дене вашталтмыжым да тӱрлӧ глицерин единице дене кузе кылым кучымыжым ончыкта. Графикыште ончыктымо, энтропий линейно вашталтеш, кузе температур 200 К гыч 500 К марте кугемеш. 5b рис раш ончыкта, 3PVA-(C10)2Na Alg модельын энтропийже 200 К годым 200 кал/К/моль марте шуйна, вет 3PVA-(C10)2Na Alg модель решёткым шагалрак ончыкта. Температур кугемме семын 3PVA-(C10)2Na Alg модель локтылалтеш да температур кугемме дене энтропийын кугеммыжым умылтара. Тылеч посна, раш, 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly структурын эн кугу энтропий значенийже уло.
Тыгаяк койыш 5в рисыште эскералтеш, тудо температур дене шокшо куатым вашталтымым ончыкта. Шокшо куат — тиде веществан температуржым 1 °C47 вашталташ кӱлшӧ шокшо кугыт. 5в рис ончыкта, 1, 2, 3, 4 да 5 глицерин единице дене вашкыллан кӧра 3PVA-(C10)2NaAlg модель молекулын шокшо куатше вашталтеш. Сӱретыште ончыктымо, 3PVA-(C10)2NaAlg модельын шокшо куатше температур дене линейно кугемеш. Температур кугемме дене шокшо куатым кугемдыме эскерыме фонон тепловой вибраций дене кылдалтын. Тылеч посна, тыгай доказательстве уло: глицерин содержанийым кугемдымаш 3PVA-(C10)2NaAlg модельын шокшо куатшым кугемдаш полша. Умбакыже, структур ончыкта, 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly моло структур дене таҥастарымаште эн кугу шокшо куатым куча.
Шымлыме структур-влаклан моло параметр-влакым, мутлан, эрыкан энергийым да пытартыш шокшым, шотленыт да 5d да e рисыште ончыктымо. Пытартыш шокшыжо — ару веществан тудын составной элементше-влак деч эреак давлений йымалне лийме годым лекше але поглощенный шокшыжо. Эрыкан энергийым энергий гай свойствым рашемдаш лиеш, вес семынже, тудын значенийже кажне термодинамический состоянийыште веществан кугытшо деч шога. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly-н эркын энергийже да шокшыжо эн изи лийыныт да -1318,338 да -1628,154 ккал/моль лийыныт. Вашталтышлан, 3PVA-(C10)2NaAlg ончыктышо структурын эн кугу эрыкан энергийже да формирований шокшыжо -690,340 да -830,673 ккал/моль, моло структур дене таҥастарымаште. 5-ше рисыште ончыктымо семын, глицерин дене вашкыллан кӧра тӱрлӧ шокшо свойствыжо вашталтеш. Гиббсын эрыкан энергийже отрицательный, темлыме структурын пеҥгыде улмыжым ончыкта.
PM6 ару 3PVA- (C10) 2Na Alg (модель А0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (модель А1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (модель А2), 3PVA- (C10) 2 Gly (модель А2), 33-Gly Agly (A3 модель) шокшо параметр-влакым шотлен луктын (C10) 2Na Alg − 4 Gly (модель А4), да 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (модель А5), кушто (а) энтальпий, (б) энтропий, (в) шокшо куатым, (г) эрыкан энергийым, да (д) формирований шокшым.
Вес могырым, ПВА тример ден димерный NaAlg коклаште кокымшо вашкыл режим ПВА тример структурышто мучаш да кокла ОН группышто лиеда. Икымше тӱшкаште семынак, шокшо параметр-влакым тыгаяк кӱкшытан теорий дене шотленыт. 6а-е рис энтальпийын, энтропийын, шокшо куатым, эрыкан энергийым да, мучашлан, лийме шокшын вашталтышыштым ончыкта. 6а-в рис ончыкта, 1-ше термин NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg-ын энтальпийже, энтропийже да шокшо куатше 1, 2, 3, 4, 5 да 6 глицерин единице дене кылым кучымо годым икымше тӱшка семынак койыш-шоктышым ончыктат. Тылеч посна, нунын значенийышт температур кугемме дене эркын-эркын кугемеш. Тылеч посна, темлыме Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg модельыште энтальпий, энтропий да шокшо куат значений-влак глицерин содержаний кугемме дене кугемыныт. B0, B1, B2, B3, B4, B5 да B6 аббревиатур-влак тыгай структур-влакым ончыктат: 1-ше термин Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, 1-ше термин Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, 1-ше термин Na Alg- 3PVA- Mid Na Alg- Nag- 1-ше 3ПВА- Mid 1 Na Alg − 3gly, Терм 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Терм 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly да Терм 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Рис. 6а–в ончыктымо семын, раш, энтальпий, энтропий да шокшо куатым значенийже кугемеш, кузе глицерин единице-влакын чотышт 1 гыч 6 марте кугемеш.
PM6 ару Терм 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (модель B0), Терм 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (модель B1), Терм 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (модель B22 Терм-PVA-Mid Alg) термический параметр-влакым шотлен луктын Na Alg – 3 Gly (модель B3), Термин 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (модель B4), Термин 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (модель B5), да Термин 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (модель B3), тидын шотыштак enpy энтропий, (в) шокшо куатым, (г) эрыкан энергийым да (д) ыштыме шокшым.
Тылеч посна, 1-ше термин Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly ончыктышо структур моло структур дене таҥастарымаште эн кугу энтальпий, энтропий да шокшо куатым ончыкта. Нунын кокла гыч нунын значенийышт 16,703 кал/моль, 257,990 кал/моль/К да 131,323 ккал/моль гыч 1-ше срокышто Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg марте 33,223 кал/моль, 420,038 кал/моль/моль/моль да 2523 ккал/моль марте кушкын. 1-ше срокышто Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly, шот дене.
Туге гынат, 6d да e рис-влак эрыкан энергийын да пытартыш шокшын (HF) температур деч шога улмыштым ончыктат. HF энтальпий вашталтыш семын рашемдаш лиеш, тудо пӱртӱс да стандарт условийыште веществан ик мольжо тудын элементше гыч лийме годым лиеда. Сӱрет гыч раш коеш: чыла шымлыме структурын эрыкан энергийже да пытартыш шокшыжо температур деч линейный зависимостьым ончыктат, вес семынже, нуно температур кугемме дене эркын-эркын да линейно кугемыт. Тидын деч моло, рис тыгак пеҥгыдемден, мом структур ончыктышо Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly эн изи эрыкан энергий да эн изи HF. Кок параметржат -758,337 гыч -899,741 К кал/моль марте 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly -1,476,591 да -1,828,523 К кал/моль марте иземын. Лектыш гыч коеш, молан манаш гын, HF глицерин единице кугемме дене иземеш. Тиде ончыкта, функциональный группо-влакын кугеммыштлан кӧра реактивность тыгак кугемеш, сандене реакцийым эртараш шагалрак энергий кӱлеш. Тиде пеҥгыдемда, молан манаш гын, пластифицированный ПВА/NaAlg батарейыште кучылташ лиеш, молан манаш гын, тудын кугу реактивность.
Тӱҥ шотышто, температур эффект кок тӱрлӧлан шелалтеш: низкотемператур эффект да кӱкшӧ температур эффект. Йӱштӧ температурын эҥгекше тӱҥ шотышто кугу широташте верланыше эллаште шижалтеш, мутлан, Гренландийыште, Канадыште да Российыште. Телым нине верлаште тысе южын температуржо ноль градус деч ятырлан йымалне. Литий-ионный батарейын ӱмыржӧ да паша лектышыже изи температур дене кылдалтын кертеш, поснак нуным гибрид электротранспортышто, ару электротранспортышто да гибрид электротранспортышто кучылтыт. Космосыш коштмаш — эше ик йӱштӧ среда, кушто литий-ионный батарейышке кӱлеш. Мутлан, Марсыште температур -120 градус марте волен кертеш, тидыже космический корабльлаште литий-ионный батарейым кучылташ кугу чаракым ышта. Изи паша температур литий-ионный батарейын зарядым кусарыме писылыкшым да химий реакций активностьшым иземдаш полшен кертеш, тидын дене электрод кӧргыштӧ литий ион-влакын диффузионный писылыкышт да электролитыште ионный проводимость иземыт. Тиде локтылалтмаш энергийым куатым да куатым иземда, южгунамже паша лектышымат иземда53.
Кӱкшӧ температур эффект кумдарак спектрыште кучылталтше средаште лиеда, тыгак кугу да изи температур средаште, а изи температур эффект тӱҥ шотышто изи температур кучылтмо средаште гына шотлалтеш. Изи температур эффектым тӱҥ шотышто йырым-йырысе температур дене рашемдат, а кугу температур эффектым мӧҥгешла, паша годым литий-ионный батарейышке кӧргыштӧ кугу температур дене утларак чын шотлат.
Литий-ионный батарейышке-влак кугу ток условийыште шокшым луктыт (тидын шотыштак писын зарядкым да писын разрядым), тидыже кӧргӧ температурым нӧлта. Кӱкшӧ температур годым батарейын паша лектышыже начаремеш, тыгак куатым да куатым йомдара. Мӧҥгешла, литийын йоммыжо да кугу температур годым чолга материалым пӧртылтымӧ куатым йомдарымашке конда, а куатым йомдарымаш кӧргӧ торешланымашын кугеммыж дене кылдалтын. Температур контроль деч лектын гын, шокшо йӱк лектеш, южо случайыште шке гыч йӱлен але йӱлен кертеш.
QSAR шотлымо йӧн — тиде шотлымо але математике моделироватлыме йӧн, тудым биологический активность ден соединений-влакын структур свойствышт коклаште кылым палемдаш кучылтыт. Чыла ыштыме молекул-влакым оптимизацийым ыштеныт да южо QSAR свойствыжым PM6 кӱкшытыштӧ шотленыт. Таблица 3 икмыняр шотлымо QSAR дескриптор-влакым ончыкта. Тыгай дескриптор-влакын примерышт: заряд, ТДМ, чумыр энергий (Е), ионизаций потенциал (ИП), Log P, да поляризаций (IP ден Log P рашемдыме формулым 1-ше таблицыште ончо).
Шотлымо лектыш ончыкта: чыла шымлыме конструкцийын чумыр зарядше ноль, вет нуно тӱҥ состоянийыште улыт. Икымше вашкыл вероятностьлан 3PVA-(C10) 2Na Alg-лан глицеринын ТДМ-же 2,788 Дебье да 6,840 Дебье лийын, а ТДМ значенийже 17,990 Дебье марте кугемын, 8,848 Дебье, 5,874 Дебье, 7,658 Дебье да Дебье, кунам Дебье 7,77,777. 3PVA-(C10) 2Na Alg 1, 2, 3, 4 да 5 единице глицерин дене кылым кучен. TDM значенийже мыняр кугурак, тунар тудын йырым-йырысе среда дене реактивностьшо кугурак.
Чыла энергийым (Е) тыгак шотленыт, да глицерин ден 3ПВА-(С10)2 NaAlg-ын Е значенийышт -141,833 эВ да -200092,503 эВ лийыныт. Тиде жапыште 3PVA-(C10)2 NaAlg-ым ончыктышо структур-влак 1, 2, 3, 4 да 5 глицерин единице дене кылым куча; Е -996,837, -1108,440, -1238,740, -1372,075 да -1548,031 эВ лиеш. Глицерин содержанийым кугемдымаш чумыр энергийым шагалемдаш да тыге реактивностьым кугемдаш конда. Чыла энергийым шотлымо негызеш иктешлымашым ыштеныт: модель молекул, кудыжо 3PVA-2Na Alg-5 Gly, моло модель молекул деч утларак реактивный. Тиде явлений нунын структурышт дене кылдалтын. 3PVA-(C10)2NaAlg кок -COONa тӱшкам гына куча, а моло структурышто кок -COONa тӱшка уло, но икмыняр OH тӱшкам нумалыт, тидыже нунын йырым-йырысе среда деке реактивностьышт кугеммым ончыкта.
Тылеч посна, тиде шымлымашыште чыла структурын ионизаций энергийже (ИЭ) шотлалтеш. Ионизаций энергий — шымлыме модельын реактивностьшым висыме кӱлешан параметр. Электроным молекулын ик точкыжо гыч мучашдымылык марте кусараш кӱлшӧ энергийым ионизаций энергий маныт. Тудо молекулын ионизаций степеньжым (т.е. реактивность) ончыкта. Ионизаций энергий мыняр кугурак, тунар изирак реактивность. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 да 5 глицерин единице дене кылым кучышо IE лектыш-влак -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 да -9,323 эВ лийыныт, а глицерин ден 3-PVA(C10)2NaAlg-ын IE-же -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 эВ лийын. да -9,341 эВ, шот дене. Глицериным ешарыме деч вара IP значений иземеш, молекулярный реактивность кугемын, тидыже электрохимический ӱзгарлаште ПВА/NaAlg/глицерин модель молекулын применимый улмыжым кугемда.
3-шо таблицыште визымше дескриптор — Log P, тудо шеледымаш коэффициентын логарифмже да шымлыме структурын гидрофильный але гидрофобный улмыжым ончыкташ кучылталтеш. Отрицательный Log P значений гидрофильный молекулым ончыкта, тидын дене тудо вӱдыштӧ куштылгын эрыкта, а органике растворительлаште начарын эрыкта. Положительный значений ваштарешла процессым ончыкта.
Налме лектыш негызеш иктешлымашым ышташ лиеш: чыла структур гидрофильный улыт, вет нунын Log P значенийышт (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly(C10)(C10)2Gly 4Gly да 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) -3,537, -5,261, -6,342, -7,423 да -8,504 улыт, а глицеринын Log P значенийже -1,081 веле, а 3PVA-(C10)2Na Alg -1010 гына. Тиде ончыкта, шымлыме структурын свойствыжо вӱд молекул-влакын структурышкышт пурымо семын вашталтеш.
Пытартышлан, чыла структурын поляризовательностьшым тыгак PM6 кӱкшытыштӧ полуэмпирический йӧн дене шотлат. Ондак палемдыме ыле, эн шуко материалын поляризацийже тӱрлӧ фактор деч шога. Эн кӱлешан фактор — шымлыме конструкцийын кугытшо. 3ПВА ден 2NaAlg коклаште икымше типлан вашкылым ыштыше чыла структурлан (вашкыл 10-шо номеран углерод атом гоч эрта) глицериным ешарыме дене поляризацийым саемдат. Поляризаций 29,690 Å гыч 35,076, 40,665, 45,177, 50,239 да 54,638 Å марте кугемеш, 1, 2, 3, 4 да 5 глицерин единице дене вашкыллан кӧра. Тыге, эн кугу поляризаций дене модель молекул 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, а эн изи поляризаций дене модель молекул 3PVA-(C10)2NaAlg, тиде 29,690 Å.
QSAR дескриптор-влакым аклымаш ончыктен: 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly ончыктышо структур икымше темлыме вашкыллан эн реактивный.
ПВА тример ден NaAlg димер коклаште кокымшо вашкыл режимлан лектыш ончыкта: нунын зарядышт икымше вашкыллан ончычсо ужашыште темлыме дене икгай улыт. Чыла конструкцийын электрон зарядше ноль, тидыже нуно чыланат тӱҥ состоянийыште улыт манмым ончыкта.
4-ше таблицыште ончыктымо семын, 1-ше термин Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg-ын ТДМ значенийже (PM6 кӱкшытыштӧ шотлымо) 11,581 Дебье гыч 15,756, 19,720, 21,756, 22,732, 15,507, 15,571, Na Alg − 3PVA да Alg марте кугемын. 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5 да 6 единице глицерин дене реакцийыш пурен. Туге гынат, чумыр энергий глицерин единице-влакын чотышт кугемме дене шагалемын толеш, да кунам 1-ше термин Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg икмыняр глицерин единице дене кылым куча (1 гыч 6 марте), чумыр энергий − 996,985, − 1129,013, − 1267, −12,13, −127, −77. 1418,964, да − 1637,432 эВ, шот дене.
Кокымшо вашкыл вероятностьлан, IP, Log P да поляризаций тыгак PM6 кӱкшытыштӧ теорий шотлалтеш. Сандене нуно молекулярный реактивностьын кум эн виян дескрипторжым шотленыт. 1, 2, 3, 4, 5 да 6 глицерин единице дене кылым кучышо End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-ым ончыктышо структур-влаклан IP −9,385 эВ гыч −8,946, −8,848, −8,430, −9,537, −7,99 да −7,07 еВ марте кугемеш. Туге гынат, шотлымо Log P значений End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg-ым глицерин дене пластификацийлан кӧра изирак лийын. Глицерин содержанийже 1 гыч 6 марте кугемме семын тудын значенийже -3,643 олмеш -5,334, -6,415, -7,496, -9,096, -9,861 да -10,53 лиеш. Пытартышлан, поляризаций данный-влак ончыктеныт, мом кугемдаш глицерин содержанийже лектышыш шуаш поляризаций термин 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg. Модель молекулын поляризацийже Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg 6 глицерин единице дене вашкыл деч вара 31,703 Å гыч 63,198 Å марте кугемын. Палемдыман, кокымшо вашкыл вероятностьышто глицерин единице-влакын чотыштым кугемдымаш эртаралтеш, пеҥгыдемдаш манын, кугу атом да сложный структур гынат, лектышым эшеат саемдаш глицерин содержанийже кугемме дене. Тыге, манаш лиеш, доступен PVA/Na Alg/глицерин модель литий-ионный батарейышке ужаш дене алмаштен кертеш, но утларак шымлымаш да вияҥмаш кӱлеш.
Ӱмбалым адсорбат дене кылдалтме куатым характеристикым пуаш да системе-влак коклаште шкешотан вашкыл-влакым аклаш кеч-могай кок атом коклаште улшо кыл типым, межмолекулярный да внутримолекулярный вашкыл-влакын сложностьыштым, ӱмбал ден адсорбент электрон плотностьын шеледымашыжым палыме кӱлеш. QTAIM анализыште кылым пеҥгыдылыкым аклаш вашкыл атом-влак коклаште кылым ыштыме критический точкышто (BCP) электрон тыгыдылык пеш кӱлешан. Электрон зарядын тыгыдылыкше мыняр кугурак, тунар пеҥгыдырак ковалентный вашкыл да, тӱҥ шотышто, нине критический точко-влакыште электронын тыгыдылыкше кугурак. Тылеч посна, гын, чумыр электрон энергий плотность (H(r)) да Лаплас заряд плотность (∇2ρ(r)) 0 деч шагалрак улыт, тиде ковалентный (общий) вашкыл улмым ончыкта. Вес могырым, кунам ∇2ρ(r) ден H(r) 0,54 деч кугурак улыт, тиде ковалентный огыл (петыралтше шелын) вашкыл улмым ончыкта, мутлан, лушкыдо водород кыл, ван дер Ваальс вий да электростатике вашкыл. QTAIM анализ шымлыме структурлаште ковалентный огыл вашкыл-влакын пӱртӱсшым почын пуэн, кузе 7-ше да 8-ше рис. Тиде тыге, молан манаш гын, альгинат структурышто утларак шарлыше икмыняр нековалентный вашкыл, мутлан, электростатике вашкыл да водород кыл, альгинатлан ​​композит-влакым пеҥгыдемдаш йӧным пуат. Умбакыже, мемнан лектышна 3PVA − 2Na Alg да Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg модель молекул ден глицин коклаште нековалентный вашкыл-влакын кӱлешлыкыштым ончыктат, тидыже ончыкта: глицин композит-влакын чумыр электрон средаштым вашталтымаште кӱлешан рольым модеш.
QTAIM анализ модель молекул 3PVA − 2NaAlg вашкыл дене (а) 0 Gly, (б) 1 Gly, (в) 2 Gly, (г) 3 Gly, (д) ​​4 Gly, да (е) 5Gly.