nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasida CSS qo'llab-quvvatlashi cheklangan. Eng yaxshi tajriba uchun biz brauzerning eng so'nggi versiyasidan foydalanishni (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o'chirib qo'yishni) tavsiya qilamiz. Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun ushbu saytda uslublar yoki JavaScript bo'lmaydi.
Natriy resurslarining ko'pligi sababli, natriy-ion batareyalari (NIB) elektrokimyoviy energiyani saqlash uchun istiqbolli alternativ yechim hisoblanadi. Hozirgi vaqtda NIB texnologiyasini rivojlantirishdagi asosiy to'siq natriy ionlarini uzoq vaqt davomida qaytarib saqlash/ajratib qo'yish mumkin bo'lgan elektrod materiallarining yo'qligidir. Shuning uchun, ushbu tadqiqotning maqsadi NIB elektrod materiallari sifatida polivinil spirt (PVA) va natriy alginat (NaAlg) aralashmalariga glitserin qo'shilishining ta'sirini nazariy jihatdan o'rganishdir. Ushbu tadqiqot PVA, natriy alginat va glitserin aralashmalariga asoslangan polimer elektrolitlarining elektron, issiqlik va miqdoriy struktura-faollik munosabatlari (QSAR) tavsiflovchilariga qaratilgan. Bu xususiyatlar yarim empirik usullar va zichlik funktsional nazariyasi (DFT) yordamida o'rganiladi. Strukturaviy tahlil PVA/alginat va glitserin o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarning tafsilotlarini ochib berganligi sababli, tasma oralig'i energiyasi (Eg) o'rganildi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, glitserin qo'shilishi Eg qiymatining 0,2814 eV gacha pasayishiga olib keladi. Molekulyar elektrostatik potensial yuzasi (MESP) butun elektrolit tizimida elektronga boy va elektronga kambag'al mintaqalar va molekulyar zaryadlarning taqsimlanishini ko'rsatadi. O'rganilgan issiqlik parametrlari entalpiya (H), entropiya (ΔS), issiqlik sig'imi (Cp), Gibbs erkin energiyasi (G) va hosil bo'lish issiqligini o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda umumiy dipol momenti (TDM), umumiy energiya (E), ionlanish potensiali (IP), Log P va qutblanish kabi bir nechta miqdoriy struktura-faollik munosabati (QSAR) tavsiflovchilari o'rganildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, H, ΔS, Cp, G va TDM harorat va glitserin miqdori oshishi bilan ortadi. Shu bilan birga, hosil bo'lish issiqligi, IP va E kamaydi, bu esa reaktivlik va qutblanishni yaxshiladi. Bundan tashqari, glitserin qo'shilishi bilan hujayra kuchlanishi 2,488 V gacha ko'tarildi. Tejamkor PVA/Na Alg glitserin asosidagi elektrolitlarga asoslangan DFT va PM6 hisob-kitoblari shuni ko'rsatadiki, ular ko'p funksiyaliligi tufayli lityum-ion batareyalarni qisman almashtirishi mumkin, ammo qo'shimcha takomillashtirish va tadqiqotlar zarur.
Lityum-ion batareyalar (LIB) keng qo'llanilsa-da, ularning qisqa ishlash muddati, yuqori narxi va xavfsizlik muammolari tufayli qo'llanilishi ko'plab cheklovlarga duch keladi. Natriy-ion batareyalar (SIB) keng mavjudligi, arzonligi va natriy elementining toksik emasligi tufayli LIBlarga munosib alternativa bo'lishi mumkin. Natriy-ion batareyalar (SIB) elektrokimyoviy qurilmalar uchun tobora muhim energiya saqlash tizimiga aylanib bormoqda1. Natriy-ion batareyalar ionlarni tashishni osonlashtirish va elektr tokini hosil qilish uchun elektrolitlarga katta tayanadi2,3. Suyuq elektrolitlar asosan metall tuzlari va organik erituvchilardan iborat. Amaliy qo'llanmalar, ayniqsa batareya termal yoki elektr kuchlanishiga duchor bo'lganda, suyuq elektrolitlarning xavfsizligini diqqat bilan ko'rib chiqishni talab qiladi4.
Natriy-ion batareyalari (SIB) yaqin kelajakda okeanning mo'l-ko'l zaxiralari, toksik emasligi va arzon material narxi tufayli lityum-ion batareyalarini almashtirishi kutilmoqda. Nanomateriallarning sintezi ma'lumotlarni saqlash, elektron va optik qurilmalarning rivojlanishini tezlashtirdi. Ko'plab adabiyotlar natriy-ion batareyalarida turli nanostrukturalarning (masalan, metall oksidlari, grafen, nanotubalar va fullerenlar) qo'llanilishini ko'rsatdi. Tadqiqotlar ko'p qirrali va ekologik tozaligi tufayli natriy-ion batareyalari uchun polimerlarni o'z ichiga olgan anod materiallarini ishlab chiqishga qaratilgan. Qayta zaryadlanuvchi polimer batareyalar sohasidagi tadqiqotlarga qiziqish, shubhasiz, ortadi. Noyob tuzilmalar va xususiyatlarga ega yangi polimer elektrod materiallari ekologik toza energiya saqlash texnologiyalari uchun yo'l ochishi mumkin. Natriy-ion batareyalarida foydalanish uchun turli xil polimer elektrod materiallari o'rganilgan bo'lsa-da, bu soha hali ham rivojlanishning dastlabki bosqichida. Natriy-ion batareyalari uchun turli xil strukturaviy konfiguratsiyalarga ega ko'proq polimer materiallarni o'rganish kerak. Polimer elektrod materiallarida natriy ionlarini saqlash mexanizmi haqidagi hozirgi bilimlarimizga asoslanib, konjuge tizimdagi karbonil guruhlari, erkin radikallar va geteroatomlar natriy ionlari bilan o'zaro ta'sir qilish uchun faol markazlar bo'lib xizmat qilishi mumkin degan gipoteza qilish mumkin. Shuning uchun, ushbu faol markazlarning yuqori zichligiga ega yangi polimerlarni ishlab chiqish juda muhimdir. Gel polimer elektrolitlari (GPE) batareyaning ishonchliligini, ion o'tkazuvchanligini, oqishning yo'qligini, yuqori moslashuvchanlikni va yaxshi ishlashni yaxshilaydigan muqobil texnologiyadir12.
Polimer matritsalariga PVA va polietilen oksid (PEO) kabi materiallar kiradi13. Gel o'tkazuvchan polimer (GPE) polimer matritsasida suyuq elektrolitni immobilizatsiya qiladi, bu esa tijorat separatorlariga nisbatan oqish xavfini kamaytiradi14. PVA sintetik biologik parchalanadigan polimerdir. U yuqori o'tkazuvchanlikka ega, arzon va toksik emas. Material o'zining plyonka hosil qiluvchi xususiyatlari, kimyoviy barqarorligi va yopishishi bilan mashhur. Shuningdek, u funktsional (OH) guruhlarga va yuqori o'zaro bog'lanish potensial zichligiga ega15,16,17. Polimer aralashtirish, plastifikator qo'shish, kompozit qo'shish va joyida polimerizatsiya texnikasi PVA asosidagi polimer elektrolitlarining o'tkazuvchanligini yaxshilash, matritsa kristalligini kamaytirish va zanjirning moslashuvchanligini oshirish uchun qo'llanilgan18,19,20.
Aralashtirish sanoat qo'llanmalari uchun polimer materiallarni ishlab chiqishning muhim usuli hisoblanadi. Polimer aralashmalari ko'pincha quyidagilar uchun ishlatiladi: (1) sanoat qo'llanmalarida tabiiy polimerlarning ishlov berish xususiyatlarini yaxshilash; (2) biologik parchalanadigan materiallarning kimyoviy, fizik va mexanik xususiyatlarini yaxshilash; va (3) oziq-ovqat qadoqlash sanoatida yangi materiallarga bo'lgan tez o'zgarib turadigan talabga moslashish. Kopolimerizatsiyadan farqli o'laroq, polimer aralashtirish istalgan xususiyatlarga erishish uchun murakkab kimyoviy jarayonlar o'rniga oddiy fizik jarayonlardan foydalanadigan arzon jarayondir21. Gomopolimerlarni hosil qilish uchun turli polimerlar dipol-dipol kuchlari, vodorod bog'lanishlari yoki zaryad uzatish komplekslari orqali o'zaro ta'sir qilishi mumkin22,23. Tabiiy va sintetik polimerlardan tayyorlangan aralashmalar yaxshi biomoslikni a'lo mexanik xususiyatlar bilan birlashtirishi va arzon ishlab chiqarish xarajatlarida yuqori sifatli material yaratishi mumkin24,25. Shuning uchun sintetik va tabiiy polimerlarni aralashtirish orqali biorelevant polimer materiallarini yaratishga katta qiziqish bildirildi. PVA natriy alginat (NaAlg), tsellyuloza, xitosan va kraxmal26 bilan birlashtirilishi mumkin.
Natriy alginat dengiz jigarrang suv o'tlaridan ajratib olingan tabiiy polimer va anion polisaxariddir. Natriy alginat β-(1-4) bilan bog'langan D-mannuron kislotasi (M) va α-(1-4) bilan bog'langan L-guluronik kislotadan (G) iborat bo'lib, ular gomopolimer shakllarga (poli-M va poli-G) va geteropolimer bloklarga (MG yoki GM) 27 ajratilgan. M va G bloklarining miqdori va nisbiy nisbati alginatning kimyoviy va fizik xususiyatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatadi28,29. Natriy alginat bioparchalanishi, biomosligi, arzonligi, yaxshi plyonka hosil qilish xususiyatlari va toksik emasligi tufayli keng qo'llaniladi va o'rganiladi. Biroq, alginat zanjiridagi ko'p miqdordagi erkin gidroksil (OH) va karboksilat (COO) guruhlari alginatni yuqori darajada gidrofil qiladi. Biroq, alginat mo'rtligi va qattiqligi tufayli yomon mexanik xususiyatlarga ega. Shuning uchun alginat suvga sezgirlik va mexanik xususiyatlarni yaxshilash uchun boshqa sintetik materiallar bilan birlashtirilishi mumkin30,31.
Yangi elektrod materiallarini loyihalashdan oldin, ko'pincha yangi materiallarni ishlab chiqarish imkoniyatini baholash uchun DFT hisob-kitoblari qo'llaniladi. Bundan tashqari, olimlar eksperimental natijalarni tasdiqlash va bashorat qilish, vaqtni tejash, kimyoviy chiqindilarni kamaytirish va o'zaro ta'sir xatti-harakatlarini bashorat qilish uchun molekulyar modellashtirishdan foydalanadilar32. Molekulyar modellashtirish materialshunoslik, nanomateriallar, hisoblash kimyosi va dori vositalarini kashf etish kabi ko'plab sohalarda fanning kuchli va muhim sohasiga aylandi33,34. Modellashtirish dasturlaridan foydalangan holda olimlar energiya (hosil bo'lish issiqligi, ionlanish potensiali, faollashuv energiyasi va boshqalar) va geometriya (bog'lanish burchaklari, bog'lanish uzunligi va burish burchaklari)35 kabi molekulyar ma'lumotlarni to'g'ridan-to'g'ri olishlari mumkin. Bundan tashqari, elektron xususiyatlar (zaryad, HOMO va LUMO tasma oralig'i energiyasi, elektron yaqinligi), spektral xususiyatlar (FTIR spektrlari kabi xarakterli tebranish rejimlari va intensivliklari) va hajm xususiyatlari (hajm, diffuziya, yopishqoqlik, modul va boshqalar)36 hisoblanishi mumkin.
LiNiPO4 yuqori energiya zichligi (taxminan 5,1 V ish kuchlanishi) tufayli lityum-ion batareyali musbat elektrod materiallari bilan raqobatlashishda potentsial afzalliklarni ko'rsatadi. Yuqori kuchlanishli mintaqada LiNiPO4 ning afzalliklaridan to'liq foydalanish uchun ish kuchlanishini pasaytirish kerak, chunki hozirda ishlab chiqilgan yuqori kuchlanishli elektrolit faqat 4,8 V dan past kuchlanishlarda nisbatan barqaror bo'lib qolishi mumkin. Zhang va boshqalar LiNiPO4 ning Ni joyidagi barcha 3d, 4d va 5d o'tish metallarining qo'shilishi tekshirildi, a'lo elektrokimyoviy ko'rsatkichlarga ega qo'shilish naqshlarini tanladilar va elektrokimyoviy ko'rsatkichlarining nisbiy barqarorligini saqlab qolgan holda LiNiPO4 ning ish kuchlanishini sozladilar. Ular olgan eng past ish kuchlanishlari Ti, Nb va Ta bilan qo'shilgan LiNiPO4 uchun mos ravishda 4,21, 3,76 va 3,5037 ni tashkil etdi.
Shuning uchun, ushbu tadqiqotning maqsadi glitserinning plastifikator sifatida PVA/NaAlg tizimining elektron xususiyatlariga, QSAR tavsiflovchilariga va termal xususiyatlariga ta'sirini nazariy jihatdan qayta zaryadlanuvchi ion-ion batareyalarida qo'llash uchun kvant mexanik hisob-kitoblaridan foydalanib o'rganishdir. PVA/NaAlg modeli va glitserin o'rtasidagi molekulyar o'zaro ta'sirlar Baderning molekulalarning kvant atom nazariyasi (QTAIM) yordamida tahlil qilindi.
PVA ning NaAlg bilan, keyin esa glitserin bilan o'zaro ta'sirini ifodalovchi molekula modeli DFT yordamida optimallashtirildi. Model Misrning Qohira shahridagi Milliy tadqiqot markazining Spektroskopiya bo'limida Gaussian 0938 dasturi yordamida hisoblab chiqildi. Modellar B3LYP/6-311G(d, p) darajasida DFT yordamida optimallashtirildi39,40,41,42. O'rganilgan modellar orasidagi o'zaro ta'sirni tekshirish uchun bir xil nazariya darajasida o'tkazilgan chastota tadqiqotlari optimallashtirilgan geometriyaning barqarorligini ko'rsatadi. Baholangan barcha chastotalar orasida manfiy chastotalarning yo'qligi potensial energiya yuzasida haqiqiy musbat minimalarda taxmin qilingan tuzilishni ta'kidlaydi. TDM, HOMO/LUMO tasma oralig'i energiyasi va MESP kabi fizik parametrlar bir xil kvant mexanik nazariya darajasida hisoblab chiqildi. Bundan tashqari, hosil bo'lishning yakuniy issiqligi, erkin energiya, entropiya, entalpiya va issiqlik sig'imi kabi ba'zi issiqlik parametrlari 1-jadvalda keltirilgan formulalar yordamida hisoblab chiqildi. O'rganilgan modellar o'rganilayotgan tuzilmalar yuzasida sodir bo'ladigan o'zaro ta'sirlarni aniqlash uchun molekulalardagi atomlarning kvant nazariyasi (QTAIM) tahlilidan o'tkazildi. Ushbu hisob-kitoblar Gaussian 09 dasturiy kodidagi “output=wfn” buyrug'i yordamida amalga oshirildi va keyin Avogadro dasturiy kodidan foydalanib vizualizatsiya qilindi43.
Bu yerda E ichki energiya, P bosim, V hajm, Q tizim va uning muhiti o'rtasidagi issiqlik almashinuvi, T harorat, ΔH entalpiya o'zgarishi, ΔG erkin energiya o'zgarishi, ΔS entropiya o'zgarishi, a va b tebranish parametrlari, q atom zaryadi va C atom elektron zichligi44,45. Nihoyat, xuddi shu tuzilmalar optimallashtirildi va QSAR parametrlari Misrning Qohira shahridagi Milliy tadqiqot markazining Spektroskopiya bo'limida SCIGRESS dasturiy ta'minot kodi46 yordamida PM6 darajasida hisoblab chiqildi.
Oldingi ishimizda47 biz uchta PVA birligining ikkita NaAlg birligi bilan o'zaro ta'sirini tavsiflovchi eng ehtimoliy modelni baholadik, bunda glitserin plastifikator vazifasini bajaradi. Yuqorida aytib o'tilganidek, PVA va NaAlg o'zaro ta'siri uchun ikkita imkoniyat mavjud. 3PVA-2Na Alg (uglerod raqami 10 ga asoslangan) va Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg deb nomlangan ikkita model ko'rib chiqilgan boshqa tuzilmalarga nisbatan eng kichik energiya farqi qiymatiga48 ega. Shuning uchun, Gly qo'shilishining PVA/Na Alg aralashmasi polimerining eng ehtimoliy modeliga ta'siri oxirgi ikkita tuzilma yordamida o'rganildi: 3PVA-(C10)2Na Alg (soddaligi uchun 3PVA-2Na Alg deb ataladi) va Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Adabiyotlarga ko'ra, PVA, NaAlg va glitserin gidroksil funktsional guruhlari o'rtasida faqat kuchsiz vodorod bog'lanishlarini hosil qilishi mumkin. PVA trimeri ham, NaAlg va glitserin dimeri ham bir nechta OH guruhlarini o'z ichiga olganligi sababli, kontakt OH guruhlaridan biri orqali amalga oshirilishi mumkin. 1-rasmda model glitserin molekulasi va 3PVA-2Na Alg model molekulasi o'rtasidagi o'zaro ta'sir ko'rsatilgan va 2-rasmda Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg model molekulasi va glitserinning turli konsentratsiyalari o'rtasidagi o'zaro ta'sirning tuzilgan modeli ko'rsatilgan.
Optimallashtirilgan tuzilmalar: (a) Gly va 3PVA − 2Na Alg (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly va (f) 5 Gly bilan o'zaro ta'sir qiladi.
1Na Alg-3PVA –Mid 1Na Alg term ning (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly va (f) 6 Gly bilan o'zaro ta'sir qiluvchi optimallashtirilgan tuzilmalari.
Elektron tasma oralig'i energiyasi har qanday elektrod materialining reaktivligini o'rganishda e'tiborga olish kerak bo'lgan muhim parametrdir. Chunki u material tashqi o'zgarishlarga duchor bo'lganda elektronlarning xatti-harakatlarini tavsiflaydi. Shuning uchun, o'rganilgan barcha tuzilmalar uchun HOMO/LUMO ning elektron tasma oralig'i energiyalarini baholash kerak. 2-jadvalda glitserin qo'shilishi natijasida 3PVA-(C10)2Na Alg va Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg ning HOMO/LUMO energiyalaridagi o'zgarishlar ko'rsatilgan. 47-havolaga ko'ra, 3PVA-(C10)2Na Alg ning Eg qiymati 0,2908 eV ni tashkil qiladi, ikkinchi o'zaro ta'sir ehtimolini aks ettiruvchi strukturaning Eg qiymati esa (ya'ni Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) 0,5706 eV ni tashkil qiladi.
Biroq, glitserin qo'shilishi 3PVA-(C10)2Na Alg ning Eg qiymatida ozgina o'zgarishga olib kelganligi aniqlandi. 3PVA-(C10)2NaAlg 1, 2, 3, 4 va 5 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sirlashganda, uning Eg qiymatlari mos ravishda 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 va 0,281 eV ga teng bo'ldi. Biroq, 3 ta glitserin birligi qo'shilgandan so'ng, Eg qiymati 3PVA-(C10)2Na Alg qiymatidan kichikroq bo'lib qolganligi haqida qimmatli tushuncha mavjud. 3PVA-(C10)2Na Alg ning beshta glitserin birligi bilan o'zaro ta'sirini ifodalovchi model eng ehtimoliy o'zaro ta'sir modelidir. Bu shuni anglatadiki, glitserin birliklari soni oshgani sayin, o'zaro ta'sir ehtimoli ham ortadi.
Shu bilan birga, o'zaro ta'sirning ikkinchi ehtimoli uchun, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly va Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly ni ifodalovchi model molekulalarining HOMO/LUMO energiyalari mos ravishda 1.343, 1.347, 0.976, 0.607, 0.348 va 0.496 eV ga teng bo'ladi. 2-jadvalda barcha tuzilmalar uchun hisoblangan HOMO/LUMO tasma oralig'i energiyalari ko'rsatilgan. Bundan tashqari, birinchi guruhning o'zaro ta'sir ehtimolliklarining bir xil xatti-harakati bu yerda takrorlanadi.
Qattiq jismlar fizikasidagi tasma nazariyasiga ko'ra, elektrod materialining tasma oralig'i kamaygan sari materialning elektron o'tkazuvchanligi oshadi. Doping natriy-ion katod materiallarining tasma oralig'ini kamaytirishning keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Jiang va boshqalar β-NaMnO2 qatlamli materiallarining elektron o'tkazuvchanligini yaxshilash uchun Cu qo'shilishidan foydalanganlar. DFT hisob-kitoblaridan foydalanib, ular doping materialning tasma oralig'ini 0,7 eV dan 0,3 eV gacha kamaytirganini aniqladilar. Bu shuni ko'rsatadiki, Cu qo'shilishi β-NaMnO2 materialining elektron o'tkazuvchanligini yaxshilaydi.
MESP molekulyar zaryad taqsimoti va bitta musbat zaryad o'rtasidagi o'zaro ta'sir energiyasi sifatida belgilanadi. MESP kimyoviy xususiyatlar va reaktivlikni tushunish va talqin qilish uchun samarali vosita hisoblanadi. MESP polimer materiallar orasidagi o'zaro ta'sir mexanizmlarini tushunish uchun ishlatilishi mumkin. MESP o'rganilayotgan birikma ichidagi zaryad taqsimotini tavsiflaydi. Bundan tashqari, MESP o'rganilayotgan materiallardagi faol markazlar haqida ma'lumot beradi32. 3-rasmda B3LYP/6-311G(d, p) nazariya darajasida bashorat qilingan 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly va 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly ning MESP grafiklari ko'rsatilgan.
(a) Gly va 3PVA − 2Na Alg uchun B3LYP/6-311 g(d, p) bilan hisoblangan MESP konturlari, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly va (f) 5 Gly bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Shu bilan birga, 4-rasmda mos ravishda Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg-1Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly va Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly uchun MESP ning hisoblangan natijalari ko'rsatilgan. Hisoblangan MESP kontur xatti-harakati sifatida ifodalanadi. Kontur chiziqlari turli ranglar bilan ifodalanadi. Har bir rang turli xil elektromanfiylik qiymatini ifodalaydi. Qizil rang yuqori elektronmanfiy yoki reaktiv joylarni bildiradi. Shu bilan birga, sariq rang strukturadagi 49, 50, 51 neytral joylarni ifodalaydi. MESP natijalari shuni ko'rsatdiki, o'rganilayotgan modellar atrofida qizil rangning oshishi bilan 3PVA-(C10)2Na Alg ning reaktivligi oshgan. Shu bilan birga, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg model molekulasining MESP xaritasidagi qizil rang intensivligi turli glitserin miqdori bilan o'zaro ta'sir tufayli pasayadi. Taklif qilinayotgan struktura atrofida qizil rang taqsimotining o'zgarishi reaktivlikni aks ettiradi, intensivlikning oshishi esa glitserin miqdorining oshishi tufayli 3PVA-(C10)2Na Alg model molekulasining elektromanfiyligining oshganligini tasdiqlaydi.
B3LYP/6-311 g(d, p) hisoblangan 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ning MESP atamasi (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly va (f) 6 Gly bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Taklif qilingan barcha tuzilmalarning entalpiya, entropiya, issiqlik sig'imi, erkin energiya va hosil bo'lish issiqligi kabi termal parametrlari 200 K dan 500 K gacha bo'lgan turli haroratlarda hisoblangan. Fizik tizimlarning xatti-harakatlarini tavsiflash uchun ularning elektron xatti-harakatlarini o'rganishdan tashqari, ularning bir-biri bilan o'zaro ta'siri tufayli harorat funksiyasi sifatida termal xatti-harakatlarini ham o'rganish kerak, bu 1-jadvalda keltirilgan tenglamalar yordamida hisoblanishi mumkin. Ushbu termal parametrlarni o'rganish bunday fizik tizimlarning turli haroratlarda sezgirligi va barqarorligining muhim ko'rsatkichi hisoblanadi.
PVA trimerining entalpiyasiga kelsak, u avval NaAlg dimeri bilan, keyin uglerod atomi №10 ga biriktirilgan OH guruhi orqali va nihoyat glitserin bilan reaksiyaga kirishadi. Entalpiya termodinamik tizimdagi energiyaning o'lchovidir. Entalpiya tizimdagi umumiy issiqlikka teng bo'lib, u tizimning ichki energiyasi va uning hajmi va bosimining ko'paytmasiga tengdir. Boshqacha qilib aytganda, entalpiya moddaga qancha issiqlik va ish qo'shilganini yoki undan chiqarilganini ko'rsatadi52.
5-rasmda 3PVA-(C10)2Na Alg ning turli glitserin konsentratsiyalari bilan reaksiyasi paytida entalpiya o'zgarishlari ko'rsatilgan. A0, A1, A2, A3, A4 va A5 qisqartmalari mos ravishda 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly va 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly model molekulalarini ifodalaydi. 5a-rasmda harorat va glitserin miqdori oshishi bilan entalpiyaning ortishi ko'rsatilgan. 200 K haroratda 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (ya'ni A5) ni ifodalovchi strukturaning entalpiyasi 27,966 kal/mol ni tashkil qiladi, 200 K haroratda 3PVA-2NaAlg ni ifodalovchi strukturaning entalpiyasi esa 13,490 kal/mol ni tashkil qiladi. Nihoyat, entalpiya musbat bo'lgani uchun, bu reaksiya endotermikdir.
Entropiya yopiq termodinamik tizimda mavjud bo'lmagan energiyaning o'lchovi sifatida belgilanadi va ko'pincha tizimning tartibsizligining o'lchovi sifatida qaraladi. 5b-rasmda 3PVA-(C10)2NaAlg ning entropiyasining harorat bilan o'zgarishi va uning turli glitserin birliklari bilan qanday o'zaro ta'siri ko'rsatilgan. Grafikda harorat 200 K dan 500 K gacha ko'tarilganda entropiya chiziqli ravishda o'zgarishi ko'rsatilgan. 5b-rasmda 3PVA-(C10)2NaAlg modelining entropiyasi 200 K da 200 kal/K/mol ga moyil bo'lishi aniq ko'rsatilgan, chunki 3PVA-(C10)2NaAlg modeli kamroq panjara buzilishini namoyon qiladi. Harorat oshishi bilan 3PVA-(C10)2NaAlg modeli tartibsiz bo'lib qoladi va harorat oshishi bilan entropiyaning oshishini tushuntiradi. Bundan tashqari, 3PVA-C10 2NaAlg-5Gly ning tuzilishi eng yuqori entropiya qiymatiga ega ekanligi aniq.
Xuddi shunday holat 5c-rasmda ham kuzatilgan bo'lib, unda issiqlik sig'imining harorat bilan o'zgarishi ko'rsatilgan. Issiqlik sig'imi - bu ma'lum miqdordagi moddaning haroratini 1 °C47 ga o'zgartirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori. 5c-rasmda 1, 2, 3, 4 va 5 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sir natijasida 3PVA-(C10)2NaAlg model molekulasining issiqlik sig'imidagi o'zgarishlar ko'rsatilgan. Rasmda 3PVA-(C10)2NaAlg modelining issiqlik sig'imi harorat bilan chiziqli ravishda oshib borishi ko'rsatilgan. Harorat oshishi bilan issiqlik sig'imining kuzatilgan ortishi fonon termal tebranishlari bilan bog'liq. Bundan tashqari, glitserin miqdorining oshishi 3PVA-(C10)2NaAlg modelining issiqlik sig'imining oshishiga olib kelishi haqida dalillar mavjud. Bundan tashqari, struktura 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly boshqa tuzilmalarga nisbatan eng yuqori issiqlik sig'im qiymatiga ega ekanligini ko'rsatadi.
O'rganilgan tuzilmalar uchun erkin energiya va hosil bo'lishning yakuniy issiqligi kabi boshqa parametrlar hisoblab chiqilgan va mos ravishda 5d va e-rasmlarda ko'rsatilgan. Hosil bo'lishning yakuniy issiqligi - bu doimiy bosim ostida uning tarkibiy elementlaridan sof modda hosil bo'lishi paytida ajralib chiqadigan yoki yutilgan issiqlik. Erkin energiya energiyaga o'xshash xususiyat sifatida aniqlanishi mumkin, ya'ni uning qiymati har bir termodinamik holatdagi modda miqdoriga bog'liq. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ning erkin energiyasi va hosil bo'lish issiqligi eng past bo'lib, mos ravishda -1318,338 va -1628,154 kkal/mol ni tashkil etdi. Aksincha, 3PVA-(C10)2NaAlg ni ifodalovchi struktura boshqa tuzilmalarga nisbatan mos ravishda -690,340 va -830,673 kkal/mol eng yuqori erkin energiya va hosil bo'lish issiqligi qiymatlariga ega. 5-rasmda ko'rsatilganidek, glitserin bilan o'zaro ta'sir tufayli turli issiqlik xususiyatlari o'zgaradi. Gibbsning erkin energiyasi manfiy, bu taklif qilingan strukturaning barqarorligini ko'rsatadi.
PM6 sof 3PVA- (C10) 2Na Alg (model A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (model A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (model A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (model A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (model A4) va 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (model A5) ning termal parametrlarini hisobladi, bu yerda (a) entalpiya, (b) entropiya, (c) issiqlik sig'imi, (d) erkin energiya va (e) hosil bo'lish issiqligi.
Boshqa tomondan, PVA trimeri va dimerik NaAlg o'rtasidagi ikkinchi o'zaro ta'sir rejimi PVA trimer tuzilishidagi terminal va o'rta OH guruhlarida sodir bo'ladi. Birinchi guruhdagi kabi, termal parametrlar bir xil nazariya darajasidan foydalangan holda hisoblab chiqilgan. 6a-e-rasmda entalpiya, entropiya, issiqlik sig'imi, erkin energiya va oxir-oqibat hosil bo'lish issiqligining o'zgarishlari ko'rsatilgan. 6a-c-rasmlarda 1-term NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg ning entalpiyasi, entropiyasi va issiqlik sig'imi 1, 2, 3, 4, 5 va 6 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sirlashganda birinchi guruh bilan bir xil xatti-harakatlarni namoyon etishi ko'rsatilgan. Bundan tashqari, ularning qiymatlari harorat oshishi bilan asta-sekin oshadi. Bundan tashqari, taklif qilingan 1-term Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg modelida entalpiya, entropiya va issiqlik sig'imi qiymatlari glitserin miqdorining oshishi bilan oshdi. B0, B1, B2, B3, B4, B5 va B6 qisqartmalari mos ravishda quyidagi tuzilmalarni ifodalaydi: Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly va Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. 6a–c-rasmda ko'rsatilganidek, glitserin birliklari soni 1 dan 6 gacha oshgani sayin entalpiya, entropiya va issiqlik sig'imi qiymatlari oshishi aniq.
PM6 sof Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg (B0 modeli), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (B1 modeli), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (B2 modeli), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (B3 modeli), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (B4 modeli), Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (B5 modeli) va Term 1 Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (B6 modeli) ning termal parametrlarini hisoblab chiqdi, jumladan: (a) entalpiya, (b) entropiya, (c) issiqlik sig'imi, (d) erkin energiya va (e) hosil bo'lish issiqligi.
Bundan tashqari, 1-term Na Alg-3PVA- Mid 1 Na Alg-6 Gly ni ifodalovchi struktura boshqa tuzilmalarga nisbatan eng yuqori entalpiya, entropiya va issiqlik sig'imi qiymatlariga ega. Ular orasida ularning qiymatlari 1-term Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly dagi 16,703 kal/mol, 257,990 kal/mol/K va 131,323 kkal/mol dan 1-term Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly dagi mos ravishda 33,223 kal/mol, 420,038 kal/mol/K va 275,923 kkal/mol gacha oshdi.
Biroq, 6d va e-rasmlarda erkin energiya va hosil bo'lishning yakuniy issiqligining (HF) haroratga bog'liqligi ko'rsatilgan. HF tabiiy va standart sharoitlarda bir mol modda uning elementlaridan hosil bo'lganda yuzaga keladigan entalpiya o'zgarishi sifatida aniqlanishi mumkin. Rasmdan ko'rinib turibdiki, barcha o'rganilgan tuzilmalarning erkin energiyasi va hosil bo'lishning yakuniy issiqligi haroratga chiziqli bog'liqlikni ko'rsatadi, ya'ni ular harorat oshishi bilan asta-sekin va chiziqli ravishda oshadi. Bundan tashqari, rasm 1-terminal NaAlg − 3PVA- Mid 1 NaAlg − 6 Gly ni ifodalovchi struktura eng past erkin energiyaga va eng past HFga ega ekanligini ham tasdiqladi. Ikkala parametr ham 1 NaAlg − 3PVA- Mid 1 NaAlg − 6 Gly atamasida -758.337 dan -899.741 K kal/mol gacha pasaydi. Natijalardan ko'rinib turibdiki, HF glitserin birliklarining ko'payishi bilan kamayadi. Bu shuni anglatadiki, funktsional guruhlarning ko'payishi tufayli reaktivlik ham oshadi va shuning uchun reaksiyani amalga oshirish uchun kamroq energiya talab qilinadi. Bu plastiklashtirilgan PVA/NaAlg yuqori reaktivligi tufayli batareyalarda ishlatilishi mumkinligini tasdiqlaydi.
Umuman olganda, harorat ta'siri ikki turga bo'linadi: past harorat ta'siri va yuqori harorat ta'siri. Past harorat ta'siri asosan Grenlandiya, Kanada va Rossiya kabi yuqori kengliklarda joylashgan mamlakatlarda seziladi. Qishda bu joylarda tashqi havo harorati nol darajadan ancha past bo'ladi. Lityum-ion batareyalarning ishlash muddati va ishlashiga past haroratlar, ayniqsa, ulanadigan gibrid elektr transport vositalarida, sof elektr transport vositalarida va gibrid elektr transport vositalarida ishlatiladiganlar ta'sir qilishi mumkin. Kosmik sayohat lityum-ion batareyalarni talab qiladigan yana bir sovuq muhitdir. Masalan, Marsdagi harorat -120 daraja Selsiygacha tushishi mumkin, bu esa kosmik kemalarda lityum-ion batareyalardan foydalanishga jiddiy to'siq bo'ladi. Past ish harorati lityum-ion batareyalarning zaryad uzatish tezligi va kimyoviy reaksiya faolligining pasayishiga olib kelishi mumkin, natijada elektrod ichidagi lityum ionlarining diffuziya tezligi va elektrolitdagi ion o'tkazuvchanligi pasayadi. Bu degradatsiya energiya sig'imi va quvvatining pasayishiga, ba'zan esa hatto ishlashning pasayishiga olib keladi53.
Yuqori harorat effekti yuqori va past haroratli muhitlarni o'z ichiga olgan kengroq qo'llanilish muhitlarida yuzaga keladi, past harorat effekti esa asosan past haroratli qo'llanilish muhitlari bilan cheklangan. Past harorat effekti asosan atrof-muhit harorati bilan belgilanadi, yuqori harorat effekti esa odatda ish paytida lityum-ion batareyasi ichidagi yuqori harorat bilan aniqroq bog'liq.
Lityum-ion batareyalar yuqori tok sharoitida (tez zaryadlash va tez zaryadsizlantirishni o'z ichiga olgan holda) issiqlik hosil qiladi, bu esa ichki haroratning ko'tarilishiga olib keladi. Yuqori harorat ta'sirida batareyaning ishlashi yomonlashishi, jumladan, sig'im va quvvatning yo'qolishi ham mumkin. Odatda, yuqori haroratlarda lityumning yo'qolishi va faol materiallarning tiklanishi sig'imning yo'qolishiga olib keladi va quvvat yo'qotilishi ichki qarshilikning ortishi bilan bog'liq. Agar harorat nazoratdan chiqsa, issiqlik oqimi sodir bo'ladi, bu ba'zi hollarda o'z-o'zidan yonishga yoki hatto portlashga olib kelishi mumkin.
QSAR hisob-kitoblari biologik faollik va birikmalarning strukturaviy xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlikni aniqlash uchun ishlatiladigan hisoblash yoki matematik modellashtirish usuli hisoblanadi. Barcha ishlab chiqilgan molekulalar optimallashtirildi va ba'zi QSAR xususiyatlari PM6 darajasida hisoblab chiqildi. 3-jadvalda hisoblangan QSAR tavsiflovchilarining ba'zilari keltirilgan. Bunday tavsiflovchilarga misollar zaryad, TDM, umumiy energiya (E), ionlanish potensiali (IP), Log P va qutblanishdir (IP va Log P ni aniqlash formulalari uchun 1-jadvalga qarang).
Hisoblash natijalari shuni ko'rsatadiki, o'rganilgan barcha tuzilmalarning umumiy zaryadi nolga teng, chunki ular asosiy holatda. Birinchi o'zaro ta'sir ehtimoli uchun glitserinning TDM qiymati 3PVA-(C10) 2Na Alg uchun 2,788 Debye va 6,840 Debye ni tashkil etdi, 3PVA-(C10) 2Na Alg esa 1, 2, 3, 4 va 5 birlik glitserin bilan o'zaro ta'sirlashganda TDM qiymatlari mos ravishda 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,568 Debye va 12,779 Debye gacha oshirildi. TDM qiymati qanchalik yuqori bo'lsa, uning atrof-muhit bilan reaktivligi shuncha yuqori bo'ladi.
Umumiy energiya (E) ham hisoblab chiqildi va glitserin va 3PVA-(C10)2 NaAlg ning E qiymatlari mos ravishda -141,833 eV va -200092,503 eV ekanligi aniqlandi. Shu bilan birga, 3PVA-(C10)2 NaAlg ni ifodalovchi tuzilmalar 1, 2, 3, 4 va 5 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sir qiladi; E mos ravishda -996,837, -1108,440, -1238,740, -1372,075 va -1548,031 eV ga aylanadi. Glitserin miqdorining ortishi umumiy energiyaning pasayishiga va natijada reaktivlikning oshishiga olib keladi. Umumiy energiya hisob-kitobiga asoslanib, 3PVA-2Na Alg-5 Gly bo'lgan model molekulasi boshqa model molekulalariga qaraganda ko'proq reaktiv degan xulosaga kelishdi. Bu hodisa ularning tuzilishi bilan bog'liq. 3PVA-(C10)2NaAlg faqat ikkita -COONa guruhini o'z ichiga oladi, boshqa tuzilmalar esa ikkita -COONa guruhini o'z ichiga oladi, ammo bir nechta OH guruhlarini o'z ichiga oladi, bu ularning atrof-muhitga nisbatan reaktivligi oshganligini anglatadi.
Bundan tashqari, ushbu tadqiqotda barcha tuzilmalarning ionlanish energiyalari (IE) ko'rib chiqiladi. Ionlanish energiyasi o'rganilayotgan modelning reaktivligini o'lchash uchun muhim parametrdir. Elektronni molekulaning bir nuqtasidan cheksizlikka o'tkazish uchun zarur bo'lgan energiya ionlanish energiyasi deb ataladi. Bu molekulaning ionlanish darajasini (ya'ni reaktivlik) ifodalaydi. Ionlanish energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, reaktivlik shuncha past bo'ladi. 3PVA-(C10)2NaAlg ning 1, 2, 3, 4 va 5 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sirining IE natijalari mos ravishda -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 va -9,323 eV ni tashkil etdi, glitserin va 3PVA-(C10)2NaAlg ning IElari esa mos ravishda -5,157 va -9,341 eV ni tashkil etdi. Glitserin qo'shilishi IP qiymatining pasayishiga olib kelganligi sababli, molekulyar reaktivlik oshdi, bu esa PVA/NaAlg/glitserin model molekulasining elektrokimyoviy qurilmalarda qo'llanilishini kuchaytiradi.
3-jadvaldagi beshinchi tavsiflovchi Log P bo'lib, u bo'linish koeffitsientining logarifmi bo'lib, o'rganilayotgan strukturaning gidrofil yoki gidrofob ekanligini tavsiflash uchun ishlatiladi. Manfiy Log P qiymati gidrofil molekulani ko'rsatadi, ya'ni u suvda oson eriydi va organik erituvchilarda yomon eriydi. Musbat qiymat esa teskari jarayonni ko'rsatadi.
Olingan natijalarga asoslanib, barcha tuzilmalar gidrofil degan xulosaga kelish mumkin, chunki ularning Log P qiymatlari (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly va 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) mos ravishda -3.537, -5.261, -6.342, -7.423 va -8.504 ga teng, glitserinning Log P qiymati esa atigi -1.081 va 3PVA-(C10)2Na Alg atigi -3.100 ga teng. Bu shuni anglatadiki, o'rganilayotgan strukturaning xususiyatlari uning tuzilishiga suv molekulalari kiritilganda o'zgaradi.
Nihoyat, barcha tuzilmalarning qutblanish qobiliyati ham PM6 darajasida yarim empirik usul yordamida hisoblanadi. Ilgari ko'pgina materiallarning qutblanish qobiliyati turli omillarga bog'liqligi ta'kidlangan edi. Eng muhim omil - bu o'rganilayotgan tuzilmaning hajmi. 3PVA va 2NaAlg o'rtasidagi birinchi turdagi o'zaro ta'sirni o'z ichiga olgan barcha tuzilmalar uchun (o'zaro ta'sir 10-raqamli uglerod atomi orqali sodir bo'ladi), qutblanish qobiliyati glitserin qo'shilishi bilan yaxshilanadi. Qutblanish qobiliyati 1, 2, 3, 4 va 5 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sir tufayli 29,690 Å dan 35,076, 40,665, 45,177, 50,239 va 54,638 Å gacha oshadi. Shunday qilib, eng yuqori qutblanishga ega model molekulasi 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, eng past qutblanishga ega model molekulasi esa 29.690 Å ga teng bo'lgan 3PVA-(C10)2NaAlg ekanligi aniqlandi.
QSAR tavsiflovchilarini baholash shuni ko'rsatdiki, 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly ni ifodalovchi struktura birinchi taklif qilingan o'zaro ta'sir uchun eng reaktiv hisoblanadi.
PVA trimeri va NaAlg dimeri o'rtasidagi ikkinchi o'zaro ta'sir rejimi uchun natijalar shuni ko'rsatadiki, ularning zaryadlari avvalgi bo'limda birinchi o'zaro ta'sir uchun taklif qilinganlarga o'xshash. Barcha tuzilmalar nol elektron zaryadga ega, ya'ni ularning barchasi asosiy holatda.
4-jadvalda ko'rsatilganidek, 1-term Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg ning TDM qiymatlari (PM6 darajasida hisoblangan) 1-term Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1, 2, 3, 4, 5 va 6 birlik glitserin bilan reaksiyaga kirishganda 11.581 Debye dan 15.756, 19.720, 21.756, 22.732, 15.507 va 15.756 gacha oshdi. Biroq, umumiy energiya glitserin birliklari sonining ko'payishi bilan kamayadi va 1-term NaAlg − 3PVA- Mid 1 NaAlg ma'lum miqdordagi glitserin birliklari bilan (1 dan 6 gacha) o'zaro ta'sirlashganda, umumiy energiya mos ravishda − 996.985, − 1129.013, − 1267.211, − 1321.775, − 1418.964 va − 1637.432 eV ni tashkil qiladi.
Ikkinchi o'zaro ta'sir ehtimoli uchun IP, Log P va qutblanish ham PM6 nazariyasi darajasida hisoblanadi. Shuning uchun ular molekulyar reaktivlikning uchta eng kuchli tavsiflovchisini ko'rib chiqdilar. 1, 2, 3, 4, 5 va 6 glitserin birliklari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi 1-uch Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ni ifodalovchi tuzilmalar uchun IP −9.385 eV dan −8.946, −8.848, −8.430, −9.537, −7.997 va −8.900 eV gacha ko'tariladi. Biroq, 1-uch Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg ning glitserin bilan plastiklashishi tufayli hisoblangan Log P qiymati pastroq bo'ldi. Glitserin miqdori 1 dan 6 gacha oshgani sayin, uning qiymatlari -3.643 o'rniga -5.334, -6.415, -7.496, -9.096, -9.861 va -10.53 ga aylanadi. Nihoyat, qutblanish ma'lumotlari shuni ko'rsatdiki, glitserin miqdorining oshishi Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg ning qutblanish qobiliyatining oshishiga olib keldi. Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg model molekulasining qutblanish qobiliyati 6 glitserin birligi bilan o'zaro ta'sirdan keyin 31.703 Å dan 63.198 Å gacha oshdi. Shuni ta'kidlash kerakki, ikkinchi o'zaro ta'sir ehtimolligida glitserin birliklari sonini ko'paytirish atomlarning ko'pligi va murakkab tuzilishga qaramay, glitserin miqdorining oshishi bilan ishlash hali ham yaxshilanishini tasdiqlash uchun amalga oshiriladi. Shunday qilib, mavjud PVA/Na Alg/glitserin modeli lityum-ion batareyalarni qisman almashtirishi mumkin, deb aytish mumkin, ammo ko'proq tadqiqot va ishlanmalar talab etiladi.
Sirtning adsorbat bilan bog'lanish qobiliyatini tavsiflash va tizimlar orasidagi noyob o'zaro ta'sirlarni baholash har qanday ikkita atom o'rtasida mavjud bo'lgan bog'lanish turini, molekulalararo va molekula ichidagi o'zaro ta'sirlarning murakkabligini va sirt va adsorbentning elektron zichligi taqsimotini bilishni talab qiladi. O'zaro ta'sir qiluvchi atomlar orasidagi bog'lanish kritik nuqtasidagi (BCP) elektron zichligi QTAIM tahlilida bog'lanish kuchini baholash uchun juda muhimdir. Elektron zaryad zichligi qanchalik yuqori bo'lsa, kovalent o'zaro ta'sir shunchalik barqaror bo'ladi va umuman olganda, bu kritik nuqtalarda elektron zichligi shunchalik yuqori bo'ladi. Bundan tashqari, agar umumiy elektron energiya zichligi (H(r)) va Laplas zaryad zichligi (∇2ρ(r)) 0 dan kam bo'lsa, bu kovalent (umumiy) o'zaro ta'sirlar mavjudligini ko'rsatadi. Boshqa tomondan, ∇2ρ(r) va H(r) 0,54 dan katta bo'lganda, bu zaif vodorod bog'lanishlari, van der Waals kuchlari va elektrostatik o'zaro ta'sirlar kabi kovalent bo'lmagan (yopiq qobiqli) o'zaro ta'sirlar mavjudligini ko'rsatadi. QTAIM tahlili 7 va 8-rasmlarda ko'rsatilgandek, o'rganilgan tuzilmalardagi kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sirlarning tabiatini ochib berdi. Tahlilga asoslanib, 3PVA − 2Na Alg va Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg ni ifodalovchi model molekulalar turli glitsin birliklari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi molekulalarga qaraganda yuqori barqarorlikni ko'rsatdi. Buning sababi, alginat tuzilishida ko'proq uchraydigan elektrostatik o'zaro ta'sirlar va vodorod bog'lanishlari kabi bir qator kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sirlar alginatning kompozitlarni barqarorlashtirishiga imkon beradi. Bundan tashqari, bizning natijalarimiz 3PVA − 2Na Alg va Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg model molekulalari va glitsin o'rtasidagi kovalent bo'lmagan o'zaro ta'sirlarning muhimligini ko'rsatadi, bu glitsin kompozitlarning umumiy elektron muhitini o'zgartirishda muhim rol o'ynashini ko'rsatadi.
(a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly va (f) 5Gly bilan o'zaro ta'sir qiluvchi 3PVA − 2NaAlg model molekulasining QTAIM tahlili.