Experimental measurement and prediction of ionic liquid ionisation energies

文献情報

出版日 2021-09-03
DOI 10.1039/D1CP02441H
インパクトファクター 3.676
著者

Jake M. Seymour, Ekaterina Gousseva, Coby J. Clarke, Peter Licence, Richard M. Fogarty, David A. Duncan, Pilar Ferrer, Federica Venturini, Roger A. Bennett, Robert G. Palgrave, Kevin R. J. Lovelock


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要旨

Ionic liquid (IL) valence electronic structure provides key descriptors for understanding and predicting IL properties. The ionisation energies of 60 ILs are measured and the most readily ionised valence state of each IL (the highest occupied molecular orbital, HOMO) is identified using a combination of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and synchrotron resonant XPS. A structurally diverse range of cations and anions were studied. The cation gave rise to the HOMO for nine of the 60 ILs presented here, meaning it is energetically more favourable to remove an electron from the cation than the anion. The influence of the cation on the anion electronic structure (and vice versa) were established; the electrostatic effects are well understood and demonstrated to be consistently predictable. We used this knowledge to make predictions of both ionisation energy and HOMO identity for a further 516 ILs, providing a very valuable dataset for benchmarking electronic structure calculations and enabling the development of models linking experimental valence electronic structure descriptors to other IL properties, e.g. electrochemical stability. Furthermore, we provide design rules for the prediction of the electronic structure of ILs.

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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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