可充電電池—在它消失之前捕獲自由基分子

基礎(chǔ)科學(xué)研究所的研究人員設(shè)法通過控制自由基，來穩(wěn)定可再充電電池的短壽命離子。

【圖注】核（肟）用環(huán)狀結(jié)構(gòu)（NHC）穩(wěn)定，分子的其余部分易于擴(kuò)展。通過單晶X射線衍射實(shí)驗(yàn)表征該分子結(jié)構(gòu)。

在大多數(shù)分子中，每個(gè)電子都會找到一個(gè)配對的伴侶，而自由基分子中的一些電子則是孤立不成對的。這種配置賦予自由基具有一些不尋常和有趣的性質(zhì)，一旦自由基與其他分子反應(yīng)或相互作用就會消失。基因科學(xué)研究所（IBS，韓國）的自組裝和復(fù)雜性研究中心的研究人員已成功合成了四個(gè)自由基，相對穩(wěn)定的自由基是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樗鼈冊谝凰查g就會發(fā)生反應(yīng)和變化產(chǎn)生新的穩(wěn)定自由基。

與其他分子不同，一些自由基具有自旋排列，此種排列方式賦予它們鐵磁性，這意味著它們可以被磁場吸引。由于這些獨(dú)特的性質(zhì)，自由基可在各種領(lǐng)域找到應(yīng)用，例如可充電電池，分子自旋電子學(xué)和分子磁學(xué)。

IBS科學(xué)家利用N－雜環(huán)卡賓（NHCs）制定了穩(wěn)定肟自由基的策略，因?yàn)楹笳呖梢怨蚕黼娮觼矸€(wěn)定自由基的不成對電子。這個(gè)研究結(jié)果是特別有趣的，已知有機(jī)自由基是非常難以合成的，因?yàn)樗鼈儽群薪饘俚淖杂苫环€(wěn)定。

通過Pohang加速器實(shí)驗(yàn)室的單晶X射線衍射分析證實(shí)了其自由基結(jié)構(gòu)，并通過電子順磁共振來驗(yàn)證其性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與密度泛函理論一致。同樣的研究小組最近還穩(wěn)定了三氮烯基自由基，并將其用作可充電鋰離子電池的陰極材料。未來，研究人員將面臨生產(chǎn)更多尚未合成的激進(jìn)化學(xué)品的挑戰(zhàn)。