nature.com تي وڃڻ لاءِ مهرباني. توهان جيڪو برائوزر ورجن استعمال ڪري رهيا آهيو ان ۾ محدود CSS سپورٽ آهي. بهترين تجربي لاءِ، اسان تجويز ڪريون ٿا ته جديد برائوزر ورجن استعمال ڪريو (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي بند ڪريو). اضافي طور تي، مسلسل سپورٽ کي يقيني بڻائڻ لاءِ، هن سائيٽ ۾ اسٽائل يا جاوا اسڪرپٽ شامل نه هوندو.
سوڊيم جي وسيع وسيلن جي ڪري، سوڊيم-آئن بيٽريون (NIBs) اليڪٽرو ڪيميڪل توانائي جي اسٽوريج لاءِ هڪ اميد افزا متبادل حل جي نمائندگي ڪن ٿيون. في الحال، NIB ٽيڪنالاجي جي ترقي ۾ مکيه رڪاوٽ اليڪٽرروڊ مواد جي کوٽ آهي جيڪا ڊگهي وقت تائين سوڊيم آئن کي واپس محفوظ/ڇڏائي سگهي ٿي. تنهن ڪري، هن مطالعي جو مقصد نظرياتي طور تي پولي ونائل الڪوحل (PVA) ۽ سوڊيم الگينيٽ (NaAlg) مرکبن تي NIB اليڪٽرروڊ مواد جي طور تي گليسرول جي اضافي جي اثر جي جاچ ڪرڻ آهي. هي مطالعو PVA، سوڊيم الگينيٽ، ۽ گليسرول مرکبن تي ٻڌل پوليمر اليڪٽرولائٽس جي اليڪٽرانڪ، حرارتي، ۽ مقداري جوڙجڪ-سرگرمي رشتي (QSAR) وضاحت ڪندڙن تي ڌيان ڏئي ٿو. انهن خاصيتن جي جاچ نيم تجرباتي طريقن ۽ کثافت فنڪشنل ٿيوري (DFT) استعمال ڪندي ڪئي وئي آهي. جيئن ته ساخت جي تجزيي PVA/الگينيٽ ۽ گليسرول جي وچ ۾ رابطي جي تفصيل کي ظاهر ڪيو، بينڊ گيپ توانائي (Eg) جي جاچ ڪئي وئي. نتيجا ڏيکارين ٿا ته گليسرول جي اضافي جي نتيجي ۾ Eg قدر ۾ 0.2814 eV تائين گهٽتائي ٿئي ٿي. ماليڪيولر اليڪٽرو اسٽيٽڪ پوٽينشل مٿاڇري (MESP) سڄي اليڪٽرولائيٽ سسٽم ۾ اليڪٽران سان مالا مال ۽ اليڪٽران کان غريب علائقن ۽ ماليڪيولر چارجز جي ورڇ ڏيکاري ٿي. مطالعي ڪيل حرارتي پيرا ميٽرز ۾ اينٿالپي (H)، اينٽراپي (ΔS)، گرمي جي گنجائش (Cp)، گبس فري انرجي (G) ۽ ٺهڻ جي گرمي شامل آهن. ان کان علاوه، هن مطالعي ۾ ڪيترائي مقداري structure-activity relationship (QSAR) وضاحت ڪندڙ جهڙوڪ ڪل ڊيپول لمحو (TDM)، ڪل توانائي (E)، آئنائيزيشن پوٽينشل (IP)، لاگ P ۽ پولرائيزبلٽي جي جاچ ڪئي وئي. نتيجن مان ظاهر ٿيو ته H، ΔS، Cp، G ۽ TDM وڌندڙ گرمي پد ۽ گليسرول جي مواد سان وڌيا. ساڳئي وقت، ٺهڻ جي گرمي، IP ۽ E گهٽجي وئي، جنهن رد عمل ۽ پولرائيزبلٽي کي بهتر بڻايو. ان کان علاوه، گليسرول شامل ڪرڻ سان، سيل وولٽيج 2.488 V تائين وڌي ويو. DFT ۽ PM6 حساب ڪتاب قيمت-مؤثر PVA/Na Alg گليسرول تي ٻڌل اليڪٽرولائٽس جي بنياد تي ڏيکاري ٿو ته اهي جزوي طور تي ليٿيم-آئن بيٽرين کي تبديل ڪري سگهن ٿا انهن جي ملٽي فنڪشنلٽي جي ڪري، پر وڌيڪ بهتري ۽ تحقيق جي ضرورت آهي.
جيتوڻيڪ ليٿيم-آئن بيٽريون (LIBs) وڏي پيماني تي استعمال ٿين ٿيون، پر انهن جي استعمال کي انهن جي مختصر چڪر واري زندگي، وڏي قيمت، ۽ حفاظتي خدشن جي ڪري ڪيتريون ئي حدون درپيش آهن. سوڊيم-آئن بيٽريون (SIBs) LIBs جو هڪ قابل عمل متبادل بڻجي سگهن ٿيون ڇاڪاڻ ته انهن جي وسيع دستيابي، گهٽ قيمت، ۽ سوڊيم عنصر جي غير زهريت جي ڪري. سوڊيم-آئن بيٽريون (SIBs) اليڪٽرڪ ڪيميڪل ڊوائيسز لاءِ هڪ وڌندڙ اهم توانائي اسٽوريج سسٽم بڻجي رهيون آهن. سوڊيم-آئن بيٽريون آئن ٽرانسپورٽ کي آسان بڻائڻ ۽ برقي ڪرنٽ پيدا ڪرڻ لاءِ اليڪٽرولائٽس تي تمام گهڻو ڀروسو ڪن ٿيون2,3. مائع اليڪٽرولائٽس بنيادي طور تي ڌاتو لوڻ ۽ نامياتي محلولن مان ٺهيل آهن. عملي ايپليڪيشنن لاءِ مائع اليڪٽرولائٽس جي حفاظت جو احتياط سان غور ڪرڻ جي ضرورت آهي، خاص طور تي جڏهن بيٽري حرارتي يا برقي دٻاءُ جي تابع هجي4.
سوڊيم-آئن بيٽريون (SIBs) ويجهي مستقبل ۾ ليٿيم-آئن بيٽرين کي تبديل ڪرڻ جي اميد رکي ٿي ڇاڪاڻ ته انهن جي وڏي مقدار ۾ سامونڊي ذخيرا، غير زهر، ۽ گهٽ مادي قيمت آهي. نانو مواد جي جوڙجڪ ڊيٽا اسٽوريج، اليڪٽرانڪ ۽ آپٽيڪل ڊوائيسز جي ترقي کي تيز ڪيو آهي. ادب جي هڪ وڏي حصي سوڊيم-آئن بيٽرين ۾ مختلف نانو اسٽريچرز (مثال طور، ڌاتو آڪسائيڊ، گرافين، نانو ٽيوب، ۽ فلرين) جي استعمال کي ظاهر ڪيو آهي. تحقيق انوڊ مواد جي ترقي تي ڌيان ڏنو آهي، جنهن ۾ پوليمر شامل آهن، سوڊيم-آئن بيٽرين لاءِ انهن جي ورسٽائلٽي ۽ ماحولياتي دوستي جي ڪري. ريچارج ايبل پوليمر بيٽرين جي شعبي ۾ تحقيق جي دلچسپي بلاشبہ وڌي ويندي. منفرد بناوتن ۽ خاصيتن سان ناول پوليمر اليڪٽروڊ مواد ماحول دوست توانائي اسٽوريج ٽيڪنالاجي لاءِ رستو هموار ڪرڻ جو امڪان آهي. جيتوڻيڪ سوڊيم-آئن بيٽرين ۾ استعمال لاءِ مختلف پوليمر اليڪٽروڊ مواد جي ڳولا ڪئي وئي آهي، هي ميدان اڃا تائين ترقي جي شروعاتي مرحلن ۾ آهي. سوڊيم-آئن بيٽرين لاءِ، مختلف ساختياتي ترتيبن سان وڌيڪ پوليمر مواد جي ڳولا ڪرڻ جي ضرورت آهي. پوليمر اليڪٽروڊ مواد ۾ سوڊيم آئنز جي اسٽوريج ميڪانيزم جي اسان جي موجوده ڄاڻ جي بنياد تي، اهو فرض ڪري سگهجي ٿو ته ڪاربونيل گروپ، آزاد ريڊيڪل، ۽ هيٽرو ايٽم ڪنجوگيٽيڊ سسٽم ۾ سوڊيم آئنز سان رابطي لاءِ فعال سائيٽن طور ڪم ڪري سگهن ٿا. تنهن ڪري، انهن فعال سائيٽن جي اعلي کثافت سان نوان پوليمر تيار ڪرڻ ضروري آهي. جيل پوليمر اليڪٽرولائيٽ (GPE) هڪ متبادل ٽيڪنالاجي آهي جيڪا بيٽري جي اعتبار، آئن چالکائي، ڪو به رساو، اعلي لچڪ، ۽ سٺي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي ٿي.
پوليمر ميٽرڪس ۾ پي وي اي ۽ پوليٿيلين آڪسائيڊ (پي اي او) جهڙا مواد شامل آهن 13. جيل پارميبل پوليمر (جي پي اي) پوليمر ميٽرڪس ۾ مائع اليڪٽرولائٽ کي متحرڪ ڪري ٿو، جيڪو ڪمرشل سيپريٽرز 14 جي مقابلي ۾ ليڪيج جو خطرو گهٽائي ٿو. پي وي اي هڪ مصنوعي بايوڊيگريڊبل پوليمر آهي. ان ۾ اعليٰ اجازت آهي، سستو ۽ غير زهر آهي. مواد پنهنجي فلم ٺاهڻ واري خاصيتن، ڪيميائي استحڪام ۽ چپکڻ لاءِ مشهور آهي. ان ۾ فنڪشنل (OH) گروپ ۽ هڪ اعليٰ ڪراس لنڪنگ امڪاني کثافت 15,16,17 پڻ آهي. پوليمر بلينڊنگ، پلاسٽڪائيزر اضافو، جامع اضافو ۽ ان سيٽو پوليمرائيزيشن ٽيڪنڪ استعمال ڪيون ويون آهن ته جيئن ميٽرڪس ڪرسٽلينٽي کي گهٽائڻ ۽ زنجير جي لچڪ کي وڌائڻ لاءِ پي وي اي تي ٻڌل پوليمر اليڪٽرولائٽس جي چالکائي کي بهتر بڻائي سگهجي. 18,19,20.
صنعتي ايپليڪيشنن لاءِ پوليمرڪ مواد تيار ڪرڻ لاءِ ملاوٽ هڪ اهم طريقو آهي. پوليمر ملاوٽ اڪثر ڪري استعمال ڪيا ويندا آهن: (1) صنعتي ايپليڪيشنن ۾ قدرتي پوليمر جي پروسيسنگ خاصيتن کي بهتر بڻائڻ؛ (2) بايوڊيگريڊبل مواد جي ڪيميائي، جسماني ۽ ميڪيڪل خاصيتن کي بهتر بڻائڻ؛ ۽ (3) کاڌي جي پيڪنگنگ انڊسٽري ۾ نئين مواد جي تيزي سان بدلجندڙ گهرج کي اپنائڻ. ڪوپوليمرائيزيشن جي برعڪس، پوليمر ملاوٽ هڪ گهٽ قيمت وارو عمل آهي جيڪو گهربل خاصيتون حاصل ڪرڻ لاءِ پيچيده ڪيميائي عملن جي بدران سادي جسماني عملن کي استعمال ڪندو آهي21. هوموپوليمر ٺاهڻ لاءِ، مختلف پوليمر ڊائيپول-ڊائيپول قوتن، هائيڊروجن بانڊز، يا چارج-ٽرانسفر ڪمپليڪس ذريعي رابطو ڪري سگهن ٿا22,23. قدرتي ۽ مصنوعي پوليمر مان ٺهيل ملاوٽ بهترين ميڪيڪل خاصيتن سان سٺي بايو مطابقت کي گڏ ڪري سگهن ٿا، گهٽ پيداوار جي قيمت تي هڪ اعليٰ مواد ٺاهي سگهن ٿا24,25. تنهن ڪري، مصنوعي ۽ قدرتي پوليمر کي ملاوٽ ڪندي بايو لاڳاپيل پوليمرڪ مواد ٺاهڻ ۾ وڏي دلچسپي رهي آهي. PVA کي سوڊيم الگنيٽ (NaAlg)، سيلولوز، چٽوسن ۽ اسٽارچ 26 سان گڏ ڪري سگهجي ٿو.
سوڊيم الگينيٽ هڪ قدرتي پوليمر ۽ اينيونڪ پوليسيڪرائڊ آهي جيڪو سامونڊي ناسي الجي مان ڪڍيو ويندو آهي. سوڊيم الگينيٽ ۾ β-(1-4)-لنڪڊ ڊي-مينوروونڪ ايسڊ (M) ۽ α-(1-4)-لنڪڊ ايل-گلوروونڪ ايسڊ (G) شامل آهن جيڪي هوموپوليمرڪ شڪلن (پولي-M ۽ پولي-G) ۽ هيٽروپوليميرڪ بلاڪ (MG يا GM)27 ۾ منظم آهن. M ۽ G بلاڪن جي مواد ۽ لاڳاپي جو تناسب الگينيٽ28,29 جي ڪيميائي ۽ جسماني خاصيتن تي هڪ اهم اثر رکي ٿو. سوڊيم الگينيٽ ان جي بايوڊيگريڊيبلٽي، بايو مطابقت، گهٽ قيمت، سٺي فلم ٺاهڻ واري خاصيتن، ۽ غير زهر جي ڪري وڏي پيماني تي استعمال ۽ مطالعو ڪيو ويندو آهي. بهرحال، الگينيٽ زنجير ۾ وڏي تعداد ۾ مفت هائيڊروڪسيل (OH) ۽ ڪاربوڪسيليٽ (COO) گروپ الگينيٽ کي انتهائي هائيڊروفيلڪ بڻائين ٿا. بهرحال، الگينيٽ ۾ ان جي ڀُرڻ ۽ سختي جي ڪري خراب ميڪيڪل خاصيتون آهن. تنهن ڪري، الگينيٽ کي پاڻي جي حساسيت ۽ ميڪيڪل خاصيتن کي بهتر بڻائڻ لاءِ ٻين مصنوعي مواد سان گڏ ڪري سگهجي ٿو 30,31.
نئين اليڪٽروڊ مواد کي ڊزائين ڪرڻ کان اڳ، ڊي ايف ٽي حساب اڪثر ڪري نئين مواد جي ٺاھڻ جي ممڪنيت جو جائزو وٺڻ لاءِ استعمال ڪيا ويندا آهن. ان کان علاوه، سائنسدان تجرباتي نتيجن جي تصديق ۽ اڳڪٿي ڪرڻ، وقت بچائڻ، ڪيميائي فضول کي گهٽائڻ، ۽ رابطي جي رويي جي اڳڪٿي ڪرڻ لاءِ ماليڪيولر ماڊلنگ استعمال ڪندا آهن 32. ماليڪيولر ماڊلنگ ڪيترن ئي شعبن ۾ سائنس جي هڪ طاقتور ۽ اهم شاخ بڻجي چڪي آهي، جنهن ۾ مواد سائنس، نانو مواد، ڪمپيوٽيشنل ڪيمسٽري، ۽ دوا جي دريافت شامل آهن 33,34. ماڊلنگ پروگرامن کي استعمال ڪندي، سائنسدان سڌو سنئون ماليڪيولر ڊيٽا حاصل ڪري سگهن ٿا، جنهن ۾ توانائي (ٺهڻ جي گرمي، آئنائيزيشن صلاحيت، چالو ڪرڻ توانائي، وغيره) ۽ جاميٽري (بانڊ اينگل، بانڊ ڊگھائي، ۽ ٽورسن اينگل) 35 شامل آهن. ان کان علاوه، اليڪٽرانڪ خاصيتون (چارج، هومو ۽ لومو بينڊ گيپ توانائي، اليڪٽران افينٽي)، اسپيڪٽرل خاصيتون (خاصيت واري وائبريشنل موڊ ۽ شدت جهڙوڪ FTIR اسپيڪٽرا)، ۽ بلڪ خاصيتون (حجم، پکيڙ، ويسڪوسٽي، ماڊيولس، وغيره) 36 جو حساب ڪري سگهجي ٿو.
LiNiPO4 پنهنجي اعلي توانائي جي کثافت (تقريبن 5.1 V جي ڪم ڪندڙ وولٽيج) جي ڪري ليٿيم-آئن بيٽري مثبت اليڪٽروڊ مواد سان مقابلو ڪرڻ ۾ امڪاني فائدا ڏيکاري ٿو. هاءِ وولٽيج علائقي ۾ LiNiPO4 جي فائدي کي مڪمل طور تي استعمال ڪرڻ لاءِ، ڪم ڪندڙ وولٽيج کي گهٽائڻ جي ضرورت آهي ڇاڪاڻ ته هن وقت ترقي يافته هاءِ وولٽيج اليڪٽرولائيٽ صرف 4.8 V کان گهٽ وولٽيج تي نسبتا مستحڪم رهي سگهي ٿو. ژانگ ۽ ٻين LiNiPO4 جي Ni سائيٽ ۾ سڀني 3d، 4d، ۽ 5d منتقلي ڌاتو جي ڊوپنگ جي جاچ ڪئي، بهترين اليڪٽرڪ ڪيميڪل ڪارڪردگي سان ڊوپنگ نمونن کي چونڊيو، ۽ ان جي اليڪٽرڪ ڪيميڪل ڪارڪردگي جي نسبتي استحڪام کي برقرار رکندي LiNiPO4 جي ڪم ڪندڙ وولٽيج کي ترتيب ڏنو. انهن حاصل ڪيل گهٽ ۾ گهٽ ڪم ڪندڙ وولٽيجز Ti، Nb، ۽ Ta-doped LiNiPO4 لاءِ ترتيب وار 4.21، 3.76، ۽ 3.5037 هئا.
تنهن ڪري، هن مطالعي جو مقصد نظرياتي طور تي ريچارج ايبل آئن-آئن بيٽرين ۾ ان جي استعمال لاءِ ڪوانٽم ميڪيڪل حسابن کي استعمال ڪندي PVA/NaAlg سسٽم جي اليڪٽرانڪ ملڪيتن، QSAR وضاحت ڪندڙن ۽ حرارتي خاصيتن تي پلاسٽڪائيزر جي طور تي گليسرول جي اثر جي جاچ ڪرڻ آهي. PVA/NaAlg ماڊل ۽ گليسرول جي وچ ۾ ماليڪيولر رابطي جو تجزيو بيڊر جي ڪوانٽم ايٽمي ٿيوري آف ماليڪيولز (QTAIM) استعمال ڪندي ڪيو ويو.
هڪ ماليڪيول ماڊل جيڪو PVA جي NaAlg سان رابطي جي نمائندگي ڪري ٿو ۽ پوءِ گليسرول سان DFT استعمال ڪندي بهتر ڪيو ويو. ماڊل کي گاسين 0938 سافٽ ويئر استعمال ڪندي اسپيڪٽروسڪوپي ڊپارٽمينٽ، نيشنل ريسرچ سينٽر، قاهره، مصر ۾ حساب ڪيو ويو. ماڊلز کي B3LYP/6-311G(d, p) سطح 39,40,41,42 تي DFT استعمال ڪندي بهتر ڪيو ويو. مطالعي ڪيل ماڊلز جي وچ ۾ رابطي جي تصديق ڪرڻ لاءِ، نظريي جي ساڳئي سطح تي ڪيل فريڪوئنسي مطالعي بهتر ڪيل جاميٽري جي استحڪام کي ظاهر ڪن ٿا. سڀني جائزو ورتل فريڪوئنسيز ۾ منفي فريڪوئنسيز جي غير موجودگي امڪاني توانائي جي مٿاڇري تي حقيقي مثبت گهٽ ۾ گهٽ ۾ گهٽ اندازي جي جوڙجڪ کي نمايان ڪري ٿي. جسماني پيرا ميٽرز جهڙوڪ TDM، HOMO/LUMO بينڊ گيپ انرجي ۽ MESP نظريي جي ساڳئي ڪوانٽم ميڪيڪل سطح تي حساب ڪيا ويا. ان کان علاوه، ڪجهه حرارتي پيرا ميٽرز جهڙوڪ ٺهڻ جي آخري گرمي، آزاد توانائي، اينٽراپي، اينٿالپي ۽ گرمي جي گنجائش جو حساب جدول 1 ۾ ڏنل فارمولن کي استعمال ڪندي ڪيو ويو. مطالعي ڪيل ماڊلز کي ماليڪيولز ۾ ايٽم جي ڪوانٽم ٿيوري (QTAIM) تجزيي جي تابع ڪيو ويو ته جيئن مطالعي ڪيل بناوتن جي مٿاڇري تي ٿيندڙ رابطي جي سڃاڻپ ڪري سگهجي. اهي حساب گاسين 09 سافٽ ويئر ڪوڊ ۾ "آئوٽ پٽ = wfn" ڪمانڊ استعمال ڪندي ڪيا ويا ۽ پوءِ ايووگاڊرو سافٽ ويئر ڪوڊ 43 استعمال ڪندي تصور ڪيا ويا.
جتي E اندروني توانائي آهي، P دٻاءُ آهي، V حجم آهي، Q نظام ۽ ان جي ماحول جي وچ ۾ گرمي جي مٽاسٽا آهي، T گرمي پد آهي، ΔH اينٿالپي تبديلي آهي، ΔG آزاد توانائي جي تبديلي آهي، ΔS اينٽراپي تبديلي آهي، a ۽ b وائبريشنل پيرا ميٽر آهن، q ايٽمي چارج آهي، ۽ C ايٽمي اليڪٽران جي کثافت آهي 44,45. آخرڪار، ساڳين بناوتن کي بهتر بڻايو ويو ۽ قاهره، مصر ۾ نيشنل ريسرچ سينٽر جي اسپيڪٽروسڪوپي ڊپارٽمينٽ ۾ SCIGRESS سافٽ ويئر ڪوڊ 46 استعمال ڪندي PM6 سطح تي QSAR پيرا ميٽرز جو حساب ڪيو ويو.
اسان جي پوئين ڪم 47 ۾، اسان ٽن PVA يونٽن جي ٻن NaAlg يونٽن سان رابطي کي بيان ڪندڙ سڀ کان وڌيڪ امڪاني ماڊل جو جائزو ورتو، جنهن ۾ گليسرول پلاسٽڪائيزر طور ڪم ڪري ٿو. جيئن مٿي ذڪر ڪيو ويو آهي، PVA ۽ NaAlg جي رابطي لاءِ ٻه امڪان آهن. ٻن ماڊلز، جن کي 3PVA-2Na Alg (ڪاربن نمبر 10 جي بنياد تي) ۽ اصطلاح 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg نامزد ڪيو ويو آهي، انهن ۾ ٻين غور ڪيل ساختن جي مقابلي ۾ سڀ کان گهٽ توانائي جي فرق جي قيمت 48 آهي. تنهن ڪري، PVA/Na Alg بلينڊ پوليمر جي سڀ کان وڌيڪ امڪاني ماڊل تي Gly اضافي جي اثر جي جاچ ڪئي وئي، بعد ۾ ٻن جوڙجڪن کي استعمال ڪندي: 3PVA-(C10)2Na Alg (سادگي لاءِ 3PVA-2Na Alg طور حوالو ڏنو ويو آهي) ۽ اصطلاح 1 Na Alg - 3PVA-Mid 1 Na Alg. ادب جي مطابق، PVA، NaAlg ۽ گليسرول صرف هائيڊروڪسيل فنڪشنل گروپن جي وچ ۾ ڪمزور هائيڊروجن بانڊ ٺاهي سگهن ٿا. جيئن ته PVA ٽرمر ۽ NaAlg ۽ گليسرول ڊائمر ٻنهي ۾ ڪيترائي OH گروپ شامل آهن، رابطو OH گروپن مان هڪ ذريعي حاصل ڪري سگهجي ٿو. شڪل 1 ماڊل گليسرول ماليڪيول ۽ ماڊل ماليڪيول 3PVA-2Na Alg جي وچ ۾ رابطي کي ڏيکاري ٿو، ۽ شڪل 2 ماڊل ماليڪيول ٽرم 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg ۽ گليسرول جي مختلف ڪنسنٽريشن جي وچ ۾ رابطي جي ٺهيل ماڊل کي ڏيکاري ٿو.
بهتر ڪيل بناوت: (a) Gly ۽ 3PVA - 2Na Alg (b) 1 Gly، (c) 2 Gly، (d) 3 Gly، (e) 4 Gly، ۽ (f) 5 Gly سان رابطو ڪن ٿا.
اصطلاح 1Na Alg- 3PVA - وچ 1Na Alg جون بهتر ڪيل جوڙجڪ جيڪي (a) 1 Gly، (b) 2 Gly، (c) 3 Gly، (d) 4 Gly، (e) 5 Gly، ۽ (f) 6 Gly سان رابطي ۾ اچن ٿيون.
ڪنهن به اليڪٽروڊ مواد جي رد عمل جو مطالعو ڪرڻ وقت اليڪٽران بينڊ گيپ توانائي هڪ اهم پيرا ميٽر آهي جنهن تي غور ڪيو وڃي. ڇاڪاڻ ته اهو اليڪٽرانن جي رويي کي بيان ڪري ٿو جڏهن مواد ٻاهرين تبديلين جي تابع هوندو آهي. تنهن ڪري، مطالعي ڪيل سڀني بناوتن لاءِ HOMO/LUMO جي اليڪٽران بينڊ گيپ توانائي جو اندازو لڳائڻ ضروري آهي. جدول 2 گليسرول جي اضافي جي ڪري 3PVA-(C10)2Na Alg ۽ اصطلاح 1Na Alg - 3PVA- وچ 1Na Alg جي HOMO/LUMO توانائي ۾ تبديليون ڏيکاري ٿو. ref47 جي مطابق، 3PVA-(C10)2Na Alg جي Eg قدر 0.2908 eV آهي، جڏهن ته ٻئي رابطي جي امڪان کي ظاهر ڪندڙ ساخت جي Eg قدر (يعني، اصطلاح 1Na Alg - 3PVA- وچ 1Na Alg) 0.5706 eV آهي.
جڏهن ته، اهو معلوم ٿيو ته گليسرول جي اضافي جي نتيجي ۾ 3PVA-(C10)2Na Alg جي Eg قدر ۾ معمولي تبديلي آئي. جڏهن 3PVA-(C10)2NaAlg 1، 2، 3، 4 ۽ 5 گليسرول يونٽن سان رابطو ڪيو، ته ان جي Eg قدر ترتيب وار 0.302، 0.299، 0.308، 0.289 ۽ 0.281 eV ٿي ويا. جڏهن ته، هڪ قيمتي بصيرت آهي ته 3 گليسرول يونٽن کي شامل ڪرڻ کان پوءِ، Eg قدر 3PVA-(C10)2Na Alg جي رابطي جي نمائندگي ڪندڙ ماڊل پنج گليسرول يونٽن سان سڀ کان وڌيڪ امڪاني رابطي جو ماڊل آهي. ان جو مطلب آهي ته جيئن گليسرول يونٽن جو تعداد وڌي ٿو، رابطي جو امڪان پڻ وڌي ٿو.
ساڳئي وقت، رابطي جي ٻئي امڪان لاءِ، ماڊل ماليڪيولز جون HOMO/LUMO توانائيون جيڪي اصطلاح 1Na Alg − 3PVA – وچ 1Na Alg- 1Gly، اصطلاح 1Na Alg − 3PVA – وچ 1Na Alg- 2Gly، اصطلاح 1Na Alg − 3PVA – وچ 1Na Alg- 3Gly، اصطلاح 1Na Alg − 3PVA – وچ 1Na Alg- 4Gly، اصطلاح 1Na Alg − 3PVA – وچ 1Na Alg- 5Gly ۽ اصطلاح 1Na Alg − 3PVA – وچ 1Na Alg- 6Gly جي نمائندگي ڪن ٿيون، ترتيب وار 1.343، 1.34 7، 0.976، 0.607، 0.348 ۽ 0.496 eV بڻجي وڃن ٿيون. جدول 2 سڀني بناوتن لاءِ حساب ڪيل HOMO/LUMO بينڊ گيپ توانائيون ڏيکاري ٿو. وڌيڪ، پهرين گروپ جي رابطي جي امڪانن جو ساڳيو رويو هتي ورجايو ويو آهي.
سولڊ اسٽيٽ فزڪس ۾ بينڊ ٿيوري ٻڌائي ٿي ته جيئن اليڪٽروڊ مواد جو بينڊ گيپ گهٽجي ٿو، مواد جي اليڪٽرانڪ چالکائي وڌي ٿي. ڊوپنگ سوڊيم-آئن ڪيٿوڊ مواد جي بينڊ گيپ کي گهٽائڻ لاءِ هڪ عام طريقو آهي. جيانگ ۽ ٻين β-NaMnO2 پرت واري مواد جي اليڪٽرانڪ چالکائي کي بهتر بڻائڻ لاءِ Cu ڊوپنگ استعمال ڪيو. DFT حسابن کي استعمال ڪندي، انهن ڏٺو ته ڊوپنگ مواد جي بينڊ گيپ کي 0.7 eV کان 0.3 eV تائين گهٽائي ڇڏيو. اهو ظاهر ڪري ٿو ته Cu ڊوپنگ β-NaMnO2 مواد جي اليڪٽرانڪ چالکائي کي بهتر بڻائي ٿو.
MESP کي ماليڪيولر چارج ورڇ ۽ هڪ مثبت چارج جي وچ ۾ رابطي جي توانائي جي طور تي بيان ڪيو ويو آهي. MESP کي ڪيميائي ملڪيتن ۽ رد عمل کي سمجهڻ ۽ تشريح ڪرڻ لاءِ هڪ مؤثر اوزار سمجهيو ويندو آهي. MESP کي پوليمرڪ مواد جي وچ ۾ رابطي جي ميڪانيزم کي سمجهڻ لاءِ استعمال ڪري سگهجي ٿو. MESP مطالعي هيٺ مرڪب اندر چارج جي ورڇ کي بيان ڪري ٿو. ان کان علاوه، MESP مطالعي هيٺ مواد ۾ فعال سائيٽن بابت معلومات فراهم ڪري ٿو 32. شڪل 3 ۾ 3PVA-(C10) 2Na Alg، 3PVA-(C10) 2Na Alg - 1Gly، 3PVA-(C10) 2Na Alg - 2Gly، 3PVA-(C10) 2Na Alg - 3Gly، 3PVA-(C10) 2Na Alg - 4Gly، ۽ 3PVA-(C10) 2Na Alg - 5Gly جي MESP پلاٽن کي ڏيکاريو ويو آهي جيڪي B3LYP/6-311G(d, p) نظريي جي سطح تي پيش گوئي ڪيا ويا آهن.
(a) Gly ۽ 3PVA - 2Na Alg لاءِ B3LYP/6-311 g(d, p) سان حساب ڪيل MESP شڪلون (b) 1 Gly، (c) 2 Gly، (d) 3 Gly، (e) 4 Gly، ۽ (f) 5 Gly سان رابطي ۾ اچن ٿيون.
ساڳئي وقت، شڪل 4 ۾ ترتيب وار ٽرم 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg، ٽرم 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 1Gly، ٽرم 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly، ٽرم 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly، ٽرم 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly، ٽرم 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly ۽ ٽرم 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg - 6Gly لاءِ MESP جا حساب ڪيل نتيجا ڏيکاريا ويا آهن. حساب ڪيل MESP کي هڪ ڪنٽور رويي جي طور تي پيش ڪيو ويو آهي. ڪنٽور لائينون مختلف رنگن سان نمائندگي ڪيون ويون آهن. هر رنگ هڪ مختلف برقي منفي قدر جي نمائندگي ڪري ٿو. ڳاڙهو رنگ انتهائي برقي يا رد عمل واري سائيٽن کي ظاهر ڪري ٿو. ساڳئي وقت، پيلو رنگ بناوت ۾ غير جانبدار سائيٽن 49، 50، 51 جي نمائندگي ڪري ٿو. MESP نتيجن مان ظاهر ٿيو ته مطالعي ڪيل ماڊلز جي چوڌاري ڳاڙهي رنگ جي واڌ سان 3PVA-(C10)2Na Alg جي رد عمل ۾ اضافو ٿيو. ساڳئي وقت، اصطلاح 1Na Alg-3PVA - وچ 1Na Alg ماڊل ماليڪيول جي MESP نقشي ۾ ڳاڙهي رنگ جي شدت مختلف گليسرول مواد سان رابطي جي ڪري گهٽجي ٿي. تجويز ڪيل ڍانچي جي چوڌاري ڳاڙهي رنگ جي ورڇ ۾ تبديلي رد عمل کي ظاهر ڪري ٿي، جڏهن ته شدت ۾ اضافو گليسرول مواد جي واڌ جي ڪري 3PVA-(C10)2Na Alg ماڊل ماليڪيول جي برقي منفيت ۾ واڌ جي تصديق ڪري ٿو.
B3LYP/6-311 g(d, p) 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg جي حساب ڪيل MESP مدت (a) 1 Gly، (b) 2 Gly، (c) 3 Gly، (d) 4 Gly، (e) 5 Gly، ۽ (f) 6 Gly سان لهه وچڙ ڪندي.
سڀني تجويز ڪيل بناوتن جا پنهنجا حرارتي پيرا ميٽر آهن جهڙوڪ اينٿالپي، اينٽراپي، گرمي جي گنجائش، آزاد توانائي ۽ ٺهڻ جي گرمي 200 K کان 500 K جي حد ۾ مختلف درجه حرارت تي حساب ڪئي وئي آهي. جسماني نظامن جي رويي کي بيان ڪرڻ لاءِ، انهن جي اليڪٽرانڪ رويي جو مطالعو ڪرڻ کان علاوه، انهن جي حرارتي رويي جو مطالعو ڪرڻ پڻ ضروري آهي ته انهن جي هڪ ٻئي سان رابطي جي ڪري گرمي پد جي ڪم جي طور تي، جيڪو جدول 1 ۾ ڏنل مساواتن کي استعمال ڪندي حساب ڪري سگهجي ٿو. انهن حرارتي پيرا ميٽرز جي مطالعي کي مختلف درجه حرارت تي اهڙن جسماني نظامن جي ردعمل ۽ استحڪام جو هڪ اهم اشارو سمجهيو ويندو آهي.
جيئن ته PVA ٽرمر جي اينٿالپي جو تعلق آهي، اهو پهريان NaAlg ڊائمر سان رد عمل ظاهر ڪري ٿو، پوءِ ڪاربان ايٽم #10 سان ڳنڍيل OH گروپ ذريعي، ۽ آخر ۾ گليسرول سان. اينٿالپي هڪ ٿرموڊائنامڪ سسٽم ۾ توانائي جو هڪ ماپ آهي. اينٿالپي هڪ سسٽم ۾ ڪل گرمي جي برابر آهي، جيڪا سسٽم جي اندروني توانائي ۽ ان جي حجم ۽ دٻاءُ جي پيداوار جي برابر آهي. ٻين لفظن ۾، اينٿالپي ڏيکاري ٿو ته ڪيتري گرمي ۽ ڪم ڪنهن مادو ۾ شامل ڪيو ويو آهي يا هٽايو ويو آهي 52.
شڪل 5 ۾ مختلف گليسرول ڪنسنٽريشن سان 3PVA-(C10)2Na Alg جي رد عمل دوران اينٿالپي تبديليون ڏيکاريون ويون آهن. مخففات A0، A1، A2، A3، A4، ۽ A5 ماڊل ماليڪيولز 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، ۽ 3PVA-(C10)2Na Alg - 5Gly جي نمائندگي ڪن ٿا. شڪل 5a ڏيکاري ٿي ته اينٿالپي وڌندڙ گرمي پد ۽ گليسرول جي مواد سان وڌي ٿي. 200 K تي 3PVA-(C10)2NaAlg −5Gly (يعني، A5) جي نمائندگي ڪندڙ ساخت جي اينٿالپي 27.966 ڪلو/مول آهي، جڏهن ته 200 K تي 3PVA-2NaAlg جي نمائندگي ڪندڙ ساخت جي اينٿالپي 13.490 ڪلو/مول آهي. آخرڪار، جيئن ته اينٿالپي مثبت آهي، هي رد عمل اينڊوٿرمڪ آهي.
اينٽراپي کي بند ٿرموڊائنامڪ سسٽم ۾ غير موجود توانائي جي ماپ طور بيان ڪيو ويو آهي ۽ اڪثر ڪري سسٽم جي خرابي جي ماپ طور سمجهيو ويندو آهي. شڪل 5b 3PVA-(C10)2NaAlg جي اينٽراپي ۾ تبديلي کي گرمي پد سان ڏيکاري ٿو ۽ اهو ڪيئن مختلف گليسرول يونٽن سان لهه وچڙ ڪري ٿو. گراف ڏيکاري ٿو ته اينٽراپي لڪير ۾ تبديل ٿئي ٿي جيئن گرمي پد 200 K کان 500 K تائين وڌي ٿو. شڪل 5b واضح طور تي ڏيکاري ٿو ته 3PVA-(C10)2Na Alg ماڊل جي اينٽراپي 200 K تي 200 cal/K/mol ڏانهن رجحان رکي ٿي ڇاڪاڻ ته 3PVA-(C10)2Na Alg ماڊل گهٽ لٽيس خرابي ڏيکاري ٿو. جيئن گرمي پد وڌي ٿو، 3PVA-(C10)2Na Alg ماڊل بي ترتيب ٿي ويندو آهي ۽ وڌندڙ گرمي پد سان اينٽراپي ۾ واڌ جي وضاحت ڪري ٿو. ان کان علاوه، اهو واضح آهي ته 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly جي بناوت ۾ سڀ کان وڌيڪ اينٽراپي ويليو آهي.
شڪل 5c ۾ ساڳيو رويو ڏٺو ويو آهي، جيڪو گرمي پد سان گرمي جي گنجائش ۾ تبديلي ڏيکاري ٿو. گرمي پد جي گنجائش گرمي جي مقدار آهي جيڪا مادي جي ڏنل مقدار جي گرمي پد کي 1 °C47 تائين تبديل ڪرڻ لاءِ گهربل آهي. شڪل 5c ماڊل ماليڪيول 3PVA-(C10)2NaAlg جي گرمي پد ۾ تبديلين کي ڏيکاري ٿو 1، 2، 3، 4، ۽ 5 گليسرول يونٽن سان رابطي جي ڪري. شڪل ڏيکاري ٿي ته ماڊل 3PVA-(C10)2NaAlg جي گرمي پد جي گنجائش گرمي پد سان لڪير سان وڌي ٿي. وڌندڙ گرمي پد سان گرمي پد ۾ مشاهدو ڪيل واڌ فونون ٿرمل وائبريشن سان منسوب ڪئي وئي آهي. ان کان علاوه، اهڙا ثبوت آهن ته گليسرول جي مواد ۾ واڌ ماڊل 3PVA-(C10)2NaAlg جي گرمي پد ۾ واڌ جو سبب بڻجي ٿي. ان کان علاوه، ساخت ڏيکاري ٿي ته 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ۾ ٻين بناوتن جي مقابلي ۾ سڀ کان وڌيڪ گرمي پد جي گنجائش جي قيمت آهي.
مطالعي ڪيل بناوتن لاءِ ٻيا پيرا ميٽر جهڙوڪ آزاد توانائي ۽ ٺهڻ جي آخري گرمي جو حساب ڪيو ويو ۽ ترتيب وار شڪل 5d ۽ e ۾ ڏيکاريل آهن. ٺهڻ جي آخري گرمي اها گرمي آهي جيڪا خالص مادي جي ٺهڻ دوران ان جي جزوي عنصرن مان مسلسل دٻاءُ هيٺ جاري ڪئي ويندي آهي يا جذب ڪئي ويندي آهي. آزاد توانائي کي توانائي جي برابر ملڪيت طور بيان ڪري سگهجي ٿو، يعني، ان جي قيمت هر ٿرموڊيناڪل حالت ۾ مادي جي مقدار تي منحصر آهي. 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly جي ٺهڻ جي آزاد توانائي ۽ گرمي سڀ کان گهٽ هئي ۽ ترتيب وار -1318.338 ۽ -1628.154 kcal/mol هئي. ان جي ابتڙ، 3PVA-(C10)2NaAlg جي نمائندگي ڪندڙ بناوت ۾ ٻين بناوتن جي مقابلي ۾ ترتيب وار -690.340 ۽ -830.673 kcal/mol جي سڀ کان وڌيڪ آزاد توانائي ۽ ٺهڻ جي گرمي قدر آهي. جيئن شڪل 5 ۾ ڏيکاريل آهي، گليسرول سان رابطي جي ڪري مختلف حرارتي خاصيتون تبديل ٿين ٿيون. گِبس آزاد توانائي منفي آهي، جيڪا ظاهر ڪري ٿي ته تجويز ڪيل جوڙجڪ مستحڪم آهي.
PM6 خالص 3PVA- (C10) 2Na Alg (ماڊل A0)، 3PVA- (C10) 2Na Alg - 1 Gly (ماڊل A1)، 3PVA- (C10) 2Na Alg - 2 Gly (ماڊل A2)، 3PVA- (C10) 2Na Alg - 3 Gly (ماڊل A3)، 3PVA- (C10) 2Na Alg - 4 Gly (ماڊل A4)، ۽ 3PVA- (C10) 2Na Alg - 5 Gly (ماڊل A5) جي حرارتي پيرا ميٽرز جو حساب لڳايو، جتي (a) اينٿالپي، (b) اينٽراپي، (c) گرمي جي گنجائش، (d) آزاد توانائي، ۽ (e) ٺهڻ جي گرمي آهي.
ٻئي طرف، PVA ٽرمر ۽ ڊائمرڪ NaAlg جي وچ ۾ ٻيو رابطي جو طريقو PVA ٽرمر جي جوڙجڪ ۾ ٽرمينل ۽ وچين OH گروپن ۾ ٿئي ٿو. جيئن پهرين گروپ ۾، حرارتي پيرا ميٽرز کي نظريي جي ساڳئي سطح استعمال ڪندي ڳڻيو ويو. شڪل 6a-e اينٿالپي، اينٽراپي، گرمي جي گنجائش، آزاد توانائي ۽ آخرڪار، ٺهڻ جي گرمي جي مختلف حالتن کي ڏيکاري ٿو. شڪل 6a-c ڏيکاري ٿو ته ٽرم 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg جي اينٿالپي، اينٽراپي ۽ گرمي جي گنجائش 1، 2، 3، 4، 5 ۽ 6 گليسرول يونٽن سان لهه وچڙ ڪرڻ وقت پهرين گروپ وانگر ساڳيو رويو ڏيکاري ٿي. ان کان علاوه، انهن جا قدر بتدريج وڌندڙ گرمي پد سان وڌندا آهن. ان کان علاوه، تجويز ڪيل ٽرم 1 Na Alg - 3PVA-Mid 1 Na Alg ماڊل ۾، اينٿالپي، اينٽراپي ۽ گرمي جي گنجائش جا قدر گليسرول جي مواد جي واڌ سان وڌيا. مخففات B0، B1، B2، B3، B4، B5 ۽ B6 ترتيب وار هيٺ ڏنل بناوتن جي نمائندگي ڪن ٿا: اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA- وچ 1 Na Alg، اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg − 1 Gly، اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg − 2gly، اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg − 3gly، اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg − 4 Gly، اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg − 5 Gly ۽ اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg − 6 Gly. جيئن شڪل 6a–c ۾ ڏيکاريل آهي، اهو واضح آهي ته اينٿالپي، اينٽراپي ۽ گرمي جي گنجائش جا قدر گليسرول يونٽن جي تعداد 1 کان 6 تائين وڌڻ سان وڌندا آهن.
PM6 خالص ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg (ماڊل B0)، ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg - 1 Gly (ماڊل B1)، ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg - 2 Gly (ماڊل B2)، ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg - 3 Gly (ماڊل B3)، ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg - 4 Gly (ماڊل B4)، ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg - 5 Gly (ماڊل B5)، ۽ ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg - 6 Gly (ماڊل B6) جي حرارتي پيرا ميٽرز جو حساب لڳايو، جنهن ۾ (a) اينٿالپي، (b) اينٽراپي، (c) گرمي جي گنجائش، (d) آزاد توانائي، ۽ (e) ٺهڻ جي گرمي شامل آهن.
ان کان علاوه، اصطلاح 1 Na Alg- 3PVA- وچ 1 Na Alg- 6 Gly جي نمائندگي ڪندڙ ساخت ۾ ٻين ساختن جي مقابلي ۾ اينٿالپي، اينٽروپي ۽ گرمي جي گنجائش جا سڀ کان وڌيڪ قدر آهن. انهن مان، انهن جي قيمتون اصطلاح 1 Na Alg - 3PVA- وچ 1 Na Alg ۾ 16.703 cal/mol، 257.990 cal/mol/K ۽ 131.323 kcal/mol کان وڌي 33.223 cal/mol، 420.038 cal/mol/K ۽ اصطلاح 1 Na Alg - 3PVA- وچ 1 Na Alg - 6 Gly ۾ 275.923 kcal/mol ٿي ويون.
جڏهن ته، شڪل 6d ۽ e آزاد توانائي ۽ ٺهڻ جي آخري گرمي (HF) جي گرمي پد جي انحصار کي ڏيکارين ٿا. HF کي انٿالپي تبديلي جي طور تي بيان ڪري سگهجي ٿو جيڪو قدرتي ۽ معياري حالتن هيٺ ان جي عنصرن مان ٺهيل آهي. شڪل مان اهو ظاهر ٿئي ٿو ته سڀني مطالعي ڪيل بناوتن جي آزاد توانائي ۽ ٺهڻ جي آخري گرمي گرمي پد تي هڪ لڪير انحصار ڏيکاري ٿي، يعني، اهي بتدريج ۽ لڪير سان وڌندڙ گرمي پد سان وڌندا آهن. ان کان علاوه، شڪل پڻ تصديق ڪئي ته اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA- وچ 1 Na Alg − 6 Gly جي نمائندگي ڪندڙ جوڙجڪ ۾ گهٽ ۾ گهٽ آزاد توانائي ۽ گهٽ ۾ گهٽ HF آهي. ٻئي پيرا ميٽر -758.337 کان گهٽجي -899.741 K cal/mol تائين اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA- وچ 1 Na Alg − 6 Gly ۾ -1,476.591 ۽ -1,828.523 K cal/mol ٿي ويا. نتيجن مان اهو ظاهر ٿئي ٿو ته گليسرول يونٽن جي واڌ سان HF گهٽجي ٿو. ان جو مطلب اهو آهي ته فنڪشنل گروپن جي واڌ جي ڪري، رد عمل پڻ وڌي ٿو ۽ ان ڪري رد عمل کي انجام ڏيڻ لاءِ گهٽ توانائي جي ضرورت پوي ٿي. هي تصديق ڪري ٿو ته پلاسٽڪائيزڊ PVA/NaAlg کي بيٽرين ۾ استعمال ڪري سگهجي ٿو ان جي اعلي رد عمل جي ڪري.
عام طور تي، گرمي پد جي اثرات کي ٻن قسمن ۾ ورهايو ويندو آهي: گهٽ درجه حرارت جا اثر ۽ وڌيڪ درجه حرارت جا اثر. گهٽ درجه حرارت جا اثر خاص طور تي گرين لينڊ، ڪينيڊا ۽ روس جهڙن ملڪن ۾ محسوس ڪيا ويندا آهن جيڪي اعليٰ ويڪرائي ڦاڪن تي واقع آهن. سياري ۾، انهن هنڌن تي ٻاهرئين هوا جو گرمي پد صفر درجا سينٽي گريڊ کان تمام گهٽ هوندو آهي. ليٿيم آئن بيٽرين جي عمر ۽ ڪارڪردگي گهٽ درجه حرارت کان متاثر ٿي سگهي ٿي، خاص طور تي جيڪي پلگ ان هائبرڊ برقي گاڏين، خالص برقي گاڏين، ۽ هائبرڊ برقي گاڏين ۾ استعمال ٿينديون آهن. خلائي سفر هڪ ٻيو ٿڌو ماحول آهي جنهن کي ليٿيم آئن بيٽرين جي ضرورت هوندي آهي. مثال طور، مريخ تي گرمي پد -120 درجا سينٽي گريڊ تائين گهٽجي سگهي ٿو، جيڪو خلائي جهاز ۾ ليٿيم آئن بيٽرين جي استعمال ۾ هڪ اهم رڪاوٽ پيدا ڪري ٿو. گهٽ آپريٽنگ گرمي پد ليٿيم آئن بيٽرين جي چارج ٽرانسفر جي شرح ۽ ڪيميائي رد عمل جي سرگرمي ۾ گهٽتائي جو سبب بڻجي سگهي ٿو، جنهن جي نتيجي ۾ اليڪٽرروڊ اندر ليٿيم آئن جي پکيڙ جي شرح ۽ اليڪٽرولائٽ ۾ آئنڪ چالکائي گهٽجي ويندي آهي. هن تباهي جي نتيجي ۾ توانائي جي گنجائش ۽ طاقت گهٽجي ويندي آهي، ۽ ڪڏهن ڪڏهن ڪارڪردگي به گهٽجي ويندي آهي53.
تيز گرمي پد جو اثر ايپليڪيشن ماحول جي وسيع رينج ۾ ٿئي ٿو، جنهن ۾ اعليٰ ۽ گهٽ درجه حرارت جا ماحول شامل آهن، جڏهن ته گهٽ درجه حرارت جو اثر بنيادي طور تي گهٽ درجه حرارت جي ايپليڪيشن ماحول تائين محدود آهي. گهٽ درجه حرارت جو اثر بنيادي طور تي ماحول جي درجه حرارت جي ذريعي طئي ڪيو ويندو آهي، جڏهن ته اعليٰ درجه حرارت جو اثر عام طور تي آپريشن دوران ليٿيم آئن بيٽري اندر اعليٰ درجه حرارت سان وڌيڪ صحيح طور تي منسوب ڪيو ويندو آهي.
ليٿيم آئن بيٽريون تيز ڪرنٽ حالتن ۾ گرمي پيدا ڪن ٿيون (جنهن ۾ تيز چارجنگ ۽ تيز ڊسچارجنگ شامل آهن)، جنهن جي ڪري اندروني گرمي پد وڌي ٿو. تيز گرمي پد جي نمائش پڻ بيٽري جي ڪارڪردگي ۾ گهٽتائي جو سبب بڻجي سگهي ٿي، جنهن ۾ گنجائش ۽ طاقت جو نقصان شامل آهي. عام طور تي، ليٿيم جي نقصان ۽ تيز گرمي پد تي فعال مواد جي بحالي گنجائش جي نقصان جو سبب بڻجندي آهي، ۽ بجلي جو نقصان اندروني مزاحمت ۾ واڌ جي ڪري ٿيندو آهي. جيڪڏهن گرمي پد ڪنٽرول کان ٻاهر ٿي وڃي ٿو، ته حرارتي رن وي ٿئي ٿو، جيڪو ڪجهه حالتن ۾ خود بخود جلڻ يا ڌماڪي جو سبب بڻجي سگهي ٿو.
QSAR حساب هڪ ڪمپيوٽيشنل يا رياضياتي ماڊلنگ طريقو آهي جيڪو حياتياتي سرگرمي ۽ مرڪبن جي ساخت جي خاصيتن جي وچ ۾ لاڳاپن کي سڃاڻڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. سڀني ڊزائين ڪيل ماليڪيولز کي بهتر بڻايو ويو ۽ ڪجهه QSAR خاصيتون PM6 سطح تي ڳڻپيو ويون. جدول 3 ۾ ڪجهه حساب ڪيل QSAR وضاحت ڪندڙن جي فهرست ڏنل آهي. اهڙن وضاحت ڪندڙن جون مثالون چارج، TDM، ڪل توانائي (E)، آئنائيزيشن صلاحيت (IP)، لاگ P، ۽ پولرائيزائيبلٽي آهن (IP ۽ لاگ P کي طئي ڪرڻ لاءِ فارمولن لاءِ جدول 1 ڏسو).
حساب ڪتاب جا نتيجا ڏيکارين ٿا ته سڀني مطالعي ڪيل بناوتن جو ڪل چارج صفر آهي ڇاڪاڻ ته اهي زميني حالت ۾ آهن. پهرين رابطي جي امڪان لاءِ، گليسرول جو TDM 2.788 Debye ۽ 6.840 Debye 3PVA-(C10) 2Na Alg لاءِ هو، جڏهن ته TDM قدر 17.990 Debye، 8.848 Debye، 5.874 Debye، 7.568 Debye ۽ 12.779 Debye تائين وڌي ويا جڏهن 3PVA-(C10) 2Na Alg ترتيب وار گليسرول جي 1، 2، 3، 4 ۽ 5 يونٽن سان رابطو ڪيو. TDM قدر جيترو وڌيڪ هوندو، اوترو ئي ماحول سان ان جي رد عمل وڌيڪ هوندو.
ڪُل توانائي (E) جو به حساب ڪيو ويو، ۽ گليسرول ۽ 3PVA-(C10)2 NaAlg جون E قدرون ترتيب وار -141.833 eV ۽ -200092.503 eV مليون. ساڳئي وقت، 3PVA-(C10)2 NaAlg جي نمائندگي ڪندڙ بناوتون 1، 2، 3، 4 ۽ 5 گليسرول يونٽن سان لهه وچڙ ڪن ٿيون؛ E ترتيب وار -996.837، -1108.440، -1238.740، -1372.075 ۽ -1548.031 eV ٿي وڃي ٿو. گليسرول جي مقدار ۾ واڌ سان ڪُل توانائي ۾ گهٽتائي ٿيندي آهي ۽ ان ڪري رد عمل ۾ اضافو ٿيندو آهي. ڪُل توانائي جي حساب جي بنياد تي، اهو نتيجو ڪڍيو ويو ته ماڊل ماليڪيول، جيڪو 3PVA-2Na Alg-5 Gly آهي، ٻين ماڊل ماليڪيولن کان وڌيڪ رد عمل ڪندڙ آهي. هي رجحان انهن جي بناوت سان لاڳاپيل آهي. 3PVA-(C10)2NaAlg ۾ صرف ٻه -COONa گروپ آهن، جڏهن ته ٻين بناوتن ۾ ٻه -COONa گروپ آهن پر ڪيترائي OH گروپ کڻن ٿا، جنهن جو مطلب آهي ته ماحول ڏانهن انهن جي رد عمل وڌي وئي آهي.
ان کان علاوه، هن مطالعي ۾ سڀني بناوتن جي آئنائيزيشن توانائي (IE) تي غور ڪيو ويو آهي. آئنائيزيشن توانائي مطالعي ڪيل ماڊل جي رد عمل کي ماپڻ لاءِ هڪ اهم پيرا ميٽر آهي. هڪ اليڪٽران کي ماليڪيول جي هڪ نقطي کان لامحدوديت ڏانهن منتقل ڪرڻ لاءِ گهربل توانائي کي آئنائيزيشن توانائي سڏيو ويندو آهي. اهو ماليڪيول جي آئنائيزيشن (يعني رد عمل) جي درجي جي نمائندگي ڪري ٿو. آئنائيزيشن توانائي جيتري وڌيڪ هوندي، رد عمل اوترو گهٽ هوندو. 3PVA-(C10)2NaAlg جي IE نتيجا 1، 2، 3، 4 ۽ 5 گليسرول يونٽن سان رابطي ۾ -9.256، -9.393، -9.393، -9.248 ۽ -9.323 eV هئا، جڏهن ته گليسرول ۽ 3PVA-(C10)2NaAlg جا IE ترتيب وار -5.157 ۽ -9.341 eV هئا. جيئن ته گليسرول جي اضافي جي نتيجي ۾ IP قدر ۾ گهٽتائي آئي، ماليڪيولر رد عمل وڌي ويو، جيڪو اليڪٽرو ڪيميڪل ڊوائيسز ۾ PVA/NaAlg/گليسرول ماڊل ماليڪيول جي لاڳو ٿيڻ کي وڌائي ٿو.
جدول 3 ۾ پنجون وضاحت ڪندڙ لاگ پي آهي، جيڪو ورهاڱي جي کوٽائي جو لاگارٿم آهي ۽ اهو بيان ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي ته ڇا مطالعي هيٺ آيل ساخت هائيڊروفيلڪ آهي يا هائيڊروفوبڪ. هڪ منفي لاگ پي قدر هڪ هائيڊروفيلڪ ماليڪيول کي ظاهر ڪري ٿو، جنهن جو مطلب آهي ته اهو پاڻي ۾ آساني سان حل ٿئي ٿو ۽ نامياتي محلولن ۾ خراب طور تي حل ٿئي ٿو. هڪ مثبت قدر مخالف عمل کي ظاهر ڪري ٿو.
حاصل ڪيل نتيجن جي بنياد تي، اهو نتيجو ڪڍي سگهجي ٿو ته سڀئي بناوتون هائيڊروفيلڪ آهن، ڇاڪاڻ ته انهن جون لاگ پي ويليوز (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly ۽ 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) ترتيب وار -3.537، -5.261، -6.342، -7.423 ۽ -8.504 آهن، جڏهن ته گليسرول جي لاگ پي ويليوز صرف -1.081 ۽ 3PVA-(C10)2Na Alg صرف -3.100 آهي. ان جو مطلب آهي ته مطالعي هيٺ رکيل بناوت جون خاصيتون تبديل ٿينديون جيئن پاڻي جا ماليڪيول ان جي بناوت ۾ شامل ڪيا ويندا.
آخرڪار، سڀني بناوتن جي پولرائيزيشن کي PM6 جي سطح تي نيم تجرباتي طريقو استعمال ڪندي حساب ڪيو ويندو آهي. اهو اڳ ۾ نوٽ ڪيو ويو هو ته گهڻن مواد جي پولرائيزيشن مختلف عنصرن تي منحصر آهي. سڀ کان اهم عنصر مطالعي هيٺ بناوت جو حجم آهي. 3PVA ۽ 2NaAlg جي وچ ۾ پهرين قسم جي رابطي کي شامل ڪندڙ سڀني بناوتن لاءِ (اهو رابطو ڪاربن ايٽم نمبر 10 ذريعي ٿئي ٿو)، گليسرول جي اضافي سان پولرائيزيشن کي بهتر بڻايو ويندو آهي. 1، 2، 3، 4 ۽ 5 گليسرول يونٽن سان رابطي جي ڪري پولرائيزيشن 29.690 Å کان 35.076، 40.665، 45.177، 50.239 ۽ 54.638 Å تائين وڌي ٿو. اهڙيءَ طرح، اهو معلوم ٿيو ته سڀ کان وڌيڪ پولرائيزبلٽي وارو ماڊل ماليڪيول 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly آهي، جڏهن ته گهٽ ۾ گهٽ پولرائيزبلٽي وارو ماڊل ماليڪيول 3PVA-(C10)2NaAlg آهي، جيڪو 29.690 Å آهي.
QSAR وضاحت ڪندڙن جي تشخيص مان ظاهر ٿيو ته 3PVA-(C10)2NaAlg - 5Gly جي نمائندگي ڪندڙ جوڙجڪ پهرين تجويز ڪيل رابطي لاءِ سڀ کان وڌيڪ رد عمل واري آهي.
PVA ٽرمر ۽ NaAlg ڊائمر جي وچ ۾ ٻئي رابطي واري موڊ لاءِ، نتيجا ڏيکارين ٿا ته انهن جا چارج پهرين رابطي لاءِ پوئين حصي ۾ تجويز ڪيل چارجز سان ملندڙ جلندڙ آهن. سڀني اڏاوتن ۾ صفر اليڪٽرانڪ چارج آهي، جنهن جو مطلب آهي ته اهي سڀئي زميني حالت ۾ آهن.
جيئن جدول 4 ۾ ڏيکاريل آهي، ٽرم 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg جي TDM قدر (PM6 سطح تي ڳڻپيو ويو) 11.581 Debye کان وڌي 15.756، 19.720، 21.756، 22.732، 15.507، ۽ 15.756 ٿي ويا جڏهن ٽرم 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg 1، 2، 3، 4، 5، ۽ 6 يونٽن جي گليسرول سان رد عمل ظاهر ڪيو. جڏهن ته، گليسرول يونٽن جي تعداد ۾ واڌ سان ڪل توانائي گهٽجي ويندي آهي، ۽ جڏهن اصطلاح 1 Na Alg − 3PVA- وچ 1 Na Alg گليسرول يونٽن جي هڪ خاص تعداد (1 کان 6) سان رابطو ڪري ٿو، ته ڪل توانائي ترتيب وار − 996.985، − 1129.013، − 1267.211، − 1321.775، − 1418.964، ۽ − 1637.432 eV آهي.
ٻئي رابطي جي امڪان لاءِ، IP، Log P ۽ پولرائيزائيبلٽي کي پڻ نظريي جي PM6 سطح تي ڳڻيو ويندو آهي. تنهن ڪري، انهن ماليڪيولر رد عمل جي ٽن طاقتور ترين وضاحتن تي غور ڪيو. 1، 2، 3، 4، 5 ۽ 6 گليسرول يونٽن سان رابطي ۾ ايندڙ 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg جي نمائندگي ڪندڙ بناوتن لاءِ، IP −9.385 eV کان −8.946، −8.848، −8.430، −9.537، −7.997 ۽ −8.900 eV تائين وڌي ٿو. جڏهن ته، گليسرول سان گڏ End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg جي پلاسٽڪائيزيشن جي ڪري حساب ڪيل لاگ P قدر گهٽ هو. جيئن گليسرول جو مواد 1 کان 6 تائين وڌي ٿو، ان جون قيمتون -3.643 جي بدران -5.334، -6.415، -7.496، -9.096، -9.861 ۽ -10.53 ٿي وڃن ٿيون. آخرڪار، پولرائيزبلٽي ڊيٽا ڏيکاريو ته گليسرول جي مواد کي وڌائڻ جي نتيجي ۾ ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg جي پولرائيزبلٽي ۾ اضافو ٿيو. ماڊل ماليڪيول ٽرم 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg جي پولرائيزبلٽي 6 گليسرول يونٽن سان رابطي کان پوءِ 31.703 Å کان 63.198 Å تائين وڌي وئي. اهو نوٽ ڪرڻ ضروري آهي ته ٻئي رابطي جي امڪان ۾ گليسرول يونٽن جي تعداد ۾ اضافو ان ڳالهه جي تصديق ڪرڻ لاءِ ڪيو ويندو آهي ته ايٽم جي وڏي تعداد ۽ پيچيده جوڙجڪ جي باوجود، گليسرول جي مواد جي واڌ سان ڪارڪردگي اڃا به بهتر ٿي رهي آهي. تنهن ڪري، اهو چئي سگهجي ٿو ته موجود PVA/Na Alg/glycerin ماڊل جزوي طور تي ليٿيم-آئن بيٽرين کي تبديل ڪري سگهي ٿو، پر وڌيڪ تحقيق ۽ ترقي جي ضرورت آهي.
ڪنهن مٿاڇري جي adsorbate سان ڳنڍڻ جي صلاحيت کي بيان ڪرڻ ۽ نظامن جي وچ ۾ منفرد رابطي جو جائزو وٺڻ لاءِ ڪنهن به ٻن ايٽمن جي وچ ۾ موجود بانڊ جي قسم، انٽرماليڪيولر ۽ انٽراموليڪيولر رابطي جي پيچيدگي، ۽ مٿاڇري ۽ adsorbent جي اليڪٽران کثافت جي ورڇ جي ڄاڻ جي ضرورت آهي. QTAIM تجزيي ۾ بانڊ جي طاقت جو جائزو وٺڻ لاءِ بانڊ نازڪ نقطي (BCP) تي اليڪٽران کثافت اهم آهي. اليڪٽران چارج کثافت جيتري وڌيڪ هوندي، ڪوويلنٽ رابطي وڌيڪ مستحڪم هوندي ۽، عام طور تي، انهن نازڪ نقطن تي اليڪٽران کثافت جيتري وڌيڪ هوندي. ان کان علاوه، جيڪڏهن ڪل اليڪٽران توانائي کثافت (H(r)) ۽ ليپليس چارج کثافت (∇2ρ(r)) ٻئي 0 کان گهٽ آهن، ته اهو ڪوويلنٽ (عام) رابطي جي موجودگي کي ظاهر ڪري ٿو. ٻئي طرف، جڏهن ∇2ρ(r) ۽ H(r) 0.54 کان وڌيڪ آهن، ته اهو غير ڪوويلنٽ (بند شيل) رابطي جي موجودگي کي ظاهر ڪري ٿو جهڙوڪ ڪمزور هائيڊروجن بانڊ، وان ڊير والز فورسز ۽ اليڪٽراسٽيڪٽڪ رابطي. QTAIM تجزيي مطالعي ڪيل بناوتن ۾ غير ڪوويلنٽ رابطي جي نوعيت کي ظاهر ڪيو جيئن شڪل 7 ۽ 8 ۾ ڏيکاريل آهي. تجزيي جي بنياد تي، 3PVA - 2Na Alg ۽ اصطلاح 1 Na Alg - 3PVA - وچ 1 Na Alg جي نمائندگي ڪندڙ ماڊل ماليڪيول مختلف گلائسين يونٽن سان رابطي ڪندڙ ماليڪيولن کان وڌيڪ استحڪام ڏيکاريا. اهو ئي سبب آهي ته ڪيترائي غير ڪوويلنٽ رابطي جيڪي الجينيٽ جي جوڙجڪ ۾ وڌيڪ عام آهن جهڙوڪ اليڪٽرو اسٽيٽڪ انٽراڪشن ۽ هائيڊروجن بانڊ الجينيٽ کي ڪمپوزٽس کي مستحڪم ڪرڻ جي قابل بڻائين ٿا. ان کان علاوه، اسان جا نتيجا 3PVA - 2Na Alg ۽ اصطلاح 1 Na Alg - 3PVA - وچ 1 Na Alg ماڊل ماليڪيولز ۽ گلائسين جي وچ ۾ غير ڪوويلنٽ رابطي جي اهميت کي ظاهر ڪن ٿا، اهو ظاهر ڪري ٿو ته گلائسين ڪمپوزٽس جي مجموعي اليڪٽرانڪ ماحول کي تبديل ڪرڻ ۾ اهم ڪردار ادا ڪري ٿو.
ماڊل ماليڪيول 3PVA - 2NaAlg جو QTAIM تجزيو جيڪو (a) 0 Gly، (b) 1 Gly، (c) 2 Gly، (d) 3 Gly، (e) 4 Gly، ۽ (f) 5Gly سان رابطي ۾ اچي ٿو.