Forscher erreichen die Elektrosynthese von LiTFSI und N-haltigen Analoga über eine Li-N₂-Schleifenbatterie

Lithiumbis(trifluormethansulfonyl)imid, allgemein bekannt als LiTFSI, und seine Analoga sind wichtige Elektrolyte für Lithiumbatterien und Solarzellen. Die Kommerzialisierung von LiTFSI durch thermische chemische Synthese beruht jedoch auf der Verwendung von NH3-Zwischenprodukten, die mehrere Katalyse- und Reinigungsprozesse umfassen und zu erheblichen Kohlenstoffemissionen führen. Daher ist die Entwicklung einer Methode zur direkten Synthese von LiTFSI aus N2 unter milden Bedingungen besonders wichtig.

In einer Studie veröffentlicht In NaturkatalyseDas Team von Prof. Wang Yaobing vom Fujian Institute of Research on the Structure of Matter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften schlug eine Kaskadenstrategie für die elektrochemische Synthese auf der Grundlage von Li-N2-Batterien vor und erreichte eine effiziente elektrochemische Synthese verschiedener stickstoffhaltiger Verbindungen, einschließlich LiTFSI.

Die spezifische Strategie umfasst die katalytische Reduktion von N2 zu Li3N während des Entladens, die Acylierung von Li3N zur Bildung von LiTFSI und dem Nebenprodukt LiCl sowie die Oxidation von LiCl während des Ladens, um den Synthesezyklus abzuschließen.

Die Forscher demonstrierten die elektrokatalytische Reduktion von N2 zu Li3N durch Techniken wie Röntgenbeugung und Niedertemperatur-Transmissionselektronenmikroskopie und bestätigten die Durchführbarkeit der S-N-Acylierungsreaktion zwischen Li3N und CF3SO2Cl durch Kernspinresonanz, Massenspektrometrie usw Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie. Anhand des Farbumschlags von Methylorange von Rot nach Farblos während des Ladevorgangs wiesen sie nach, dass das Nebenprodukt LiCl zu Cl2 oxidiert wurde.

Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass unter optimierten Bedingungen die katalytische Reduktionseffizienz von N2 zu Li3N 53,2 % erreichte, die Umwandlungseffizienz von N2 zu LiTFSI 48,9 % betrug und die Energieeffizienz der elektrochemischen Synthese von LiTFSI 3,0 % erreichte.

Darüber hinaus nutzten die Forscher ein Durchflusszellengerät, um eine kontinuierliche elektrochemische Synthese von LiTFSI zu erreichen, was die praktische Bedeutung dieser Strategie in der Produktion demonstrierte. Durch die Erweiterung des Substratspektrums stellten sie einen Weg für die direkte elektrochemische Synthese von Analoga mit unterschiedlichen N-X-Bindungen (X = S, C usw.) und Metallkationen (Li+, Zn2+ usw.) bereit und bewiesen damit die Skalierbarkeit des Strategie.

Diese Studie stellt ein umfassendes elektrochemisches Syntheseschema für die praktische Herstellung stickstoffhaltiger Chemikalien vor, das einen vielversprechenden Ansatz zur Synthese hochwertiger Elektrolyte mit verbesserter Stickstoffatomeffizienz bietet.