Interfacial interactions and structures of protic ionic liquids on a graphite surface: A first-principles study and comparison with aprotic ionic liquids

文献情報

出版日 2021-08-04
DOI 10.1039/D1CP02100A
インパクトファクター 3.676
著者

Yunxiang Lu, Yanmin Xu, Ling Lu, Zhijian Xu, Honglai Liu


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要旨

Protic ionic liquids (PILs) have currently been indicated as promising alternative electrolytes in electrical storage devices, such as lithium-ion batteries and supercapacitors. However, compared with the well-studied aprotic ionic liquids (AILs), the knowledge of the interface between PILs and electrode material surfaces is very rare to date. In this work, the adsorption behaviors of three groups of PILs, i.e. pyrrolidinium-based, imidazolium-based, and ammonium-based, on graphite was systematically investigated using first-principles calculations. The corresponding AILs were also taken into account for comparison. The adsorption mechanism of these ILs on the surface is controlled by the interplay of strong electrostatic interactions between adsorbed ions, weak vdW forces between ILs and substrate, and many aromatic interactions including π–π stacking and C–H/N–H⋯π contacts. PILs do show quite different preferential interfacial interactions and structures on the graphite surface with respect to AILs, arising mainly from the anion–substrate interactions. Particularly, proton transfer takes place in the PILs consisting of the imidazolium/ammonium cation and the nitrate anion in the gas phase, but it tends to be attenuated or even disappears on graphite caused by interfacial interactions.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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