과산화리튬

Lithium superoxide
과산화리튬
식별자
3D 모델(JSmol)
  • InChi=1S/Li.O2/c;1-2/q+1;-1
    키: GMZKUXTXXROVJB-UHFFFAOYSA-N
  • [Li+]O=[O-]
특성.
리오2
어금질량 38.94 g/190
밀도 g/cm3, 솔리드
녹는점 <25 °C(손상)
관련 화합물
기타 양이온
 과산화나트륨
과산화칼륨
과산화 루비듐
과산화세슘
산화리튬
과산화리튬
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

과산화리튬(LiO2)은 15~40K의 매트릭스 격리 실험에서만 격리된 무기 화합물로 적외선(IR), 라만, 전자, 전자 스핀 공명, 소프트 X선 분광법, 다양한 이론적 방법을 이용해 분석한 불안정한 자유 급진물이다.[1][1]

구조

실험 연구들은 LiO2 분자가 고이온 결합을 포함하고 있다는 것을 보여준다.[2] 6개의 동위원소 종을 사용하여 18개의 다른 값을 얻었다. 이는 두 산소 원자 사이의 힘 상수가 O2− 이온에 대해 발견된 상수와 일치함을 나타낸다. 연구는 LiO2 분자에는 거의 또는 전혀 공동의 특성이 없다는 것을 보여준다.

O-O 본드의 결합 길이는 1.34 å으로 결정되었다. 간단한 결정 구조 최적화를 이용하여 Li-O 본드는 약 2.10 å로 계산되었다.[3] π* 분자 궤도상에 존재하는 홀수 전자 때문에 과산화리튬은 극도로 반응적이다.[4]

LiO2 분자에 의해 형성된 군집들에 대한 연구가 꽤 있었다. 가장 흔한 조광기는 우리 이소머인 것으로 밝혀졌다. 그 두 번째로는 편도선별 구조다. 의자 콤플렉스와 평면 링에 대한 연구도 이루어졌지만, 이 두 가지는 반드시 불가능한 것은 아니지만 덜 호의적이다.[1]

반응

리튬 공기 배터리의 경우 방전 중 1개의 전자 감소가 있을 때 다음과 같은 반응에서 볼 수 있듯이 과산화리튬이 형성된다.[5]

Li+ + e− + O2 → LiO2

이 제품은 반응하여 과산화리튬, LiO22:

2LiO2 → Li2O2 + O2

이 마지막 반응의 메커니즘은 확인되지 않았으며 화학자들은 일어날 수 있는 일에 대한 이론을 개발하는 데 어려움을 겪고 있다. 이러한 배터리의 또 다른 중요한 도전 과제는 이러한 반응을 수행하는 이상적인 용매를 찾는 것이다. 에테르 및 아미드 기반 용제가 현재 사용되고 있지만 이러한 화합물은 산소와 쉽게 반응하여 분해된다.[6] 적절한 용제는 배터리의 긴 수명 주기를 가능하게 하기 위해 자동 산소에 저항할 수 있어야 한다.

컴파운드 존재

과산화리튬을 주로 사용하는 것은 충전식 리튬배터리에 있다. 위의 반응에서 묘사된 바와 같이, 이 리튬 화합물은 중간으로서 주요한 구성 요소로서, 연구가 많이 행해져야 할 영역이다. 연구자들은 이러한 배터리들이 제공할 수 있는 잠재적 에너지에 대해 많은 기대를 하고 있다 - 어떤 이들은 이것이 내연 기관과 비슷하다고 말한다.[5] 한 연구는 알칼리 슈퍼옥시드가 대기 중 알킬 금속의 기능에도 영향을 미친다고 주장한다. 알칼리 금속은 주로 중층권에서 발견되며, 슈퍼옥시드는 바로 그 아래에서 금속이 과잉 산소와 반응하는 곳에서 발견된다.[7] 슈퍼옥시드가 단지 전이 상태로서 존재하기 때문에 상당 시간 동안 안정되는 경우는 드물다. 2016년 1월 미국 Argonne National Laboratory 연구진은 적절한 그래핀 기반 음극을 사용해 결정체 LiO를2 Li-O2 배터리로 안정화할 수 있다고 주장했다.[8]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Bryantsev, Vyacheslav S.; Blanco, Mario; Faglioni, Francesco (2010-07-16). "Stability of Lithium Superoxide LiO2 in the Gas Phase: Computational Study of Dimerization and Disproportionation Reactions". The Journal of Physical Chemistry A. American Chemical Society (ACS). 114 (31): 8165–8169. Bibcode:2010JPCA..114.8165B. doi:10.1021/jp1047584. ISSN 1089-5639. PMID 20684589.
  2. ^ Andrews, Lester (1969-05-15). "Infrared Spectrum, Structure, Vibrational Potential Function, and Bonding in the Lithium Superoxide Molecule LiO2". The Journal of Chemical Physics. AIP Publishing. 50 (10): 4288–4299. Bibcode:1969JChPh..50.4288A. doi:10.1063/1.1670893. ISSN 0021-9606.
  3. ^ Lau, Kah Chun; Curtiss, Larry A.; Greeley, Jeffrey (2011-11-09). "Density Functional Investigation of the Thermodynamic Stability of Lithium Oxide Bulk Crystalline Structures as a Function of Oxygen Pressure". The Journal of Physical Chemistry C. American Chemical Society (ACS). 115 (47): 23625–23633. doi:10.1021/jp206796h. ISSN 1932-7447.
  4. ^ Lindsay, D. M.; Garland, D. A. (1987). "ESR spectra of matrix-isolated lithium superoxide". The Journal of Physical Chemistry. American Chemical Society (ACS). 91 (24): 6158–6161. doi:10.1021/j100308a020. ISSN 0022-3654.
  5. ^ a b Das, Ujjal; Lau, Kah Chun; Redfern, Paul C.; Curtiss, Larry A. (2014-02-13). "Structure and Stability of Lithium Superoxide Clusters and Relevance to Li–O2 Batteries". The Journal of Physical Chemistry Letters. American Chemical Society (ACS). 5 (5): 813–819. doi:10.1021/jz500084e. ISSN 1948-7185. PMID 26274072.
  6. ^ Bryantsev, Vyacheslav S.; Faglioni, Francesco (2012-06-21). "Predicting Autoxidation Stability of Ether- and Amide-Based Electrolyte Solvents for Li–Air Batteries". The Journal of Physical Chemistry A. American Chemical Society (ACS). 116 (26): 7128–7138. Bibcode:2012JPCA..116.7128B. doi:10.1021/jp301537w. ISSN 1089-5639. PMID 22681046.
  7. ^ Plane, John M. C.; Rajasekhar, B.; Bartolotti, Libero (1989). "Theoretical and experimental determination of the lithium and sodium superoxide bond dissociation energies". The Journal of Physical Chemistry. American Chemical Society (ACS). 93 (8): 3141–3145. doi:10.1021/j100345a052. ISSN 0022-3654.
  8. ^ Lu, Jun (2016). "A lithium - oxygen battery based on lithium superoxide". Nature. 529 (7586): 377–381. Bibcode:2016Natur.529..377L. doi:10.1038/nature16484. PMID 26751057. S2CID 4452883.


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