Jungho Lee;Jingyu Park;Kwang-Ho Ha;Hyeonseok Moon;Eun Ji Joo;Kyu Tae Lee
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.14
no.2
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pp.152-161
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2023
Vanadium redox flow batteries (VRFBs) have been considered one of promising power sources for large scale energy storage systems (ESS) because of their excellent cycle performance and good safety. However, VRFBs still have a few challenging issues, such as poor Coulombic efficiency due to vanadium crossover between catholyte and anolyte, although recent efforts have shown promise in electrochemical performance. Herein, the vanadium complexes with various glyme ligands have been examined as active materials to suppress vanadium crossover between catholyte and anolyte, thus improving the Coulombic efficiency of VRFBs. The conventional Nafion membrane has a channel size of ca. 10 Å, whereas vanadium cation species are small compared to the Nafion membrane channel. For this reason, vanadium cations can permeate through the Nafion membrane, resulting in significant vanadium crossover during cycling, although the Nafion membrane is a kind of ion-selective membrane. In this regard, various glyme additives, such as 1,2-dimethoxyethane (monoglyme), diethylene glycol dimethyl ether (diglyme), and tetraethylene glycol dimethyl ether (tetraglyme) have been examined as complexing agents for vanadium cations to increase the size of vanadium-ligand complexes in electrolytes. Since the size of vanadium-glyme complexes is proportional to the chain length of glymes, the vanadium permeability of the Nafion membrane decreases with increasing the chain length of glymes. As a result, the vanadium complexes with tetraglyme shows the excellent electrochemical performance of VRFBs, such as stable capacity retention (90.4% after 100 cycles) and high Coulombic efficiency (98.2% over 100 cycles).
Tridentate Schiff base ligands, $SIPH_2$, $SIPCH_2$, $HNIPH_2$, and $HNIPCH_2$ were prepared by the reactions of salicylaldehyde and 2-hydroxy-1-naphthaldehyde with 2-aminophenol and 2-amino-p-cresol. Ni(II) complexes of those ligands were synthesized. The structures and properties of ligands and their complexes were studied by elemental analysis, $^1H$-NMR, IR, UV-visible spectra, and thermogravimetric analysis. The mole ratio of Schiff base to the metal of complexes was found to be 1:1. Ni(II) complexes were contemplated to be hexa-coordinated octahedral configuration containing three water molecules. The redox process of ligands and complexes in DMSO solution containing 0.1 M TBAP as supporting electrolyte was investigated by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry with glassy carbon electrode. The redox process of the tridentate Schiff base ligands was totally irreversible. The redox process of Ni(II) complexes were quasi-reversible and diffusion-controlled as one electron by one step process Ni(II)/Ni(I). The reduction potentials of the Ni(II) complexes shifted in the positive direction in the order [$Ni(II)(HNIP)(H_2O)_3$]>[$Ni(II)(SIP)(H_2O)_3$]>[$Ni(II)(SIPC)(H_2O)_3$]>[$Ni(II)(HNIPC)(H_2O)_3$] and their dependence on ligands were not so high. Consequently the [$Ni(II)(HNIPC)(H_2O)_3$] complex among the synthesized Ni(II) complexes was found to be most stable in the DMSO solution.
A new synthesis has been developed for 1-thia-4,7-diazacyclononane and the complexation behavior of a particular derivative has been explored. The pentadentate ligand 4,7-bis(2-pyridylmethyl)-l-thia-4,7-diazacyclononane ([9]$N_2SPY_2$) and its iron(Ⅱ) and manganese(Ⅱ) complexes were prepared and characterized. Magnetic moments of 5.17 and 5.90 μB respectively, indicate that the iron(Ⅱ) and manganese(Ⅱ) complexes are high spin. Charge transfer transitions (d-π*) occur for [Fe(Ⅱ)([9]$N_2SPY_2)(X)]^{n+}$at 27027, 25000, and 24390 cm-1 for X=$H_2O$, Cl-, and OH-, respectively. In acetonitrile solution, the cyclic voltammogram of the manganese(Ⅱ) complex exhibits a redox couple at 0.92 V vs. NHE while the redox potentials for [Fe(Il)([9]$N_2SPY_2)(X)]^{n+}$ are 0.70, 0.66, and 0.37 V vs. NHE for X=$H_2O$, Cl-, and OH-, respectively. The d-π* charge transfer energy and Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ) redox potential for [Fe(Ⅱ)([9]$N_2SPY_2)(X)]^{n+}$ increase in the same order: $H_2O>Cl^- >OH^-$. The crystal structures of the iron(Ⅱ) and manganese(Ⅱ) complexes reveal that the metal ions are sixcoordinate, binding to four nitrogen atoms and a sulfur atom from the pentadentate ligand, as well as a chloride anion, with the chloride and sulfur atoms in cis positions. The two metals have similar coordination geometries, which are closer to trigonal prismatic than octahedral. In both iron and manganese complexes, the M-N($sp_3$) trans to Cl- is 0.07 Å longer than the one cis to Cl- , and M-N($sp^2$) trans to S is 0.05 longer than the one cis to S atom.
Chjo Ki-Hyung;Jin-Soon Chung;Heui-Suk Ham;Seoing-Seob Seo
Journal of the Korean Chemical Society
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v.31
no.6
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pp.542-554
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1987
Tetradentate schiff base cobalt(II) complexes; Co(SED), Co(SND) and Co(SOPD) have been prepared, these complexes have react with dry oxygen in DMSO to form oxygen adducts cobalt(III) complexes; $[Co(SED)(DMSO)]_2O_2,\;[Co(SND)(DMSO)]_2O_2$ and $[Co(SOPD)(DMSO)]_2O_2$. It seems to be that the oxygen adducts cobalt(Ⅲ) complexes have heexa coordinated octahedral configration with tetradentate schiff base cobalt (III), DMSO and oxygen, and the mole ratio of oxygen to cobalt(II) complexes are 1 : 2, these complexes have been identified by IR-Spectra, T.G.A., magnetic susceptibilitis and elemental analysis of C.H.N. and Cobalt. The redox reaction process of Co(SED), Co(SND) and Co(SOPD) complexes was investigated by cyclic voltammetry with glassy carbon electrode in 0.1M TEAP-DMSO. The results of redox reaction process of Co(II) / Co(III) and Co(II) / Co(I) for cobalt(SED) and cobalt(SOPD) complexes and Co(II) / Co(III) process for cobalt(SND) complex are reversible process but Co(II) / Co(I) process of Cobalt(SND) complex is irreversible, and oxygen adduct complexes to quasi reversibly with oxygen should be very closed related to the redox potentials of range, $E_{pc}$ = -0.80~-0.89V and $E_{pa}$ = -0.70~-0.76V.
Tridentate Schiff base ligands were prepared by the reactions of salicylaldehyde and 2-hydroxy-1-naphthaldehyde with 2-aminophenol and 2-amino-p-cresol. And then Cu(II) complexes of those ligands were synthesized. The structures and properties of ligands and their complexes were studied by elemental analysis, $^1H$-NMR, IR, UV-visible spectra, and thermogravimetric analysis. The mole ratio of Schiff base to the metal of complexes was found to be 1:1. Cu(II) complexes were contemplated to be four-coordinated square planar configuration containing one water molecule. The redox process of ligands and complexes in DMSO solution containing 0.1 M TBAP as a supporting electrolyte was investigated by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry with glassy carbon electrode. The redox process of the tridentate Schiff base ligands was totally irreversible. The redox process of Cu(II) complexes was quasi-reversible and diffusion-controlled as one electron by one step process Cu(II)/Cu(I). The reduction potentials of the Cu(II) complexes shifted in the positive direction in the order of [Cu(II)(HNIPC)($H_2O$)]>[Cu(II)(HNIP)($H_2O$)]>[Cu(II)(SIP)($H_2O$)]>[Cu(II)(SIPC)($H_2O$)].
Dye-sensitized solar cells (DSSCs), developed two decades ago, are considered to be an attractive technology among various photovoltaic devices because of their low cost, accessible dye chemistry, ease of fabrication, high power conversion efficiency, and environmentally friendly nature. A typical DSSCs consists of a dye-coated $TiO_2$ photoanode, a redox electrolyte, and a platinum (Pt)-coated fluorine-doped tin oxide (FTO) counter electrode. Among them, redox electrolytes have proven to be extremely important in improving the performance of DSSCs. Due to many drawbacks of iodide electrolytes, many research groups have paid more attention to seeking other alternative electrolyte systems. With regard to this, one-electron outer sphere redox shuttles based on cobalt complexes have shown promising results: In 2014, porphyrin dye (SM315) with the cobalt (II/III) redox couple exhibited a power conversion efficiency of 13% in DSSCs. In this review, we will provide an overview and perspectives of cobalt redox electrolytes in DSSCs.
The chemical behavior of the transition metal (Nb4+ and Mo4+) complexes with organoligand (dichloro-bis(η-cyclopentadienyl) has been investigated by the UV/vis-spectrophotometric, magnetic, and electrochemical method. The two or three energy absorption bands are observed by the spectra of these complexes. The magnitude of crystal field splitting energy, the spin pairing energy and bond strength was obtained from the spectra of the complexes. These are found to be delocalization, low-spin state, and strong bonding strength. The magnetic dipolemoment are found to be paramagnetic and diamagnetic complexes. The redox reaction processes of complexes were investigated by cyclic voltammetry in aprotic media. As a result the redox reaction proceses of Nb-C complex was couple-single reaction with diffusion and reaction current one electron process, and also Mo-C complex was couple-single reaction with reaction current of one electron process.
Tridentate Schiff base ligands such as $SIPH_2,\;SIPCH_2,\;HNIPH_2,\;and\; HNIPCH_2$ were prepared by the reaction of salicylaldehyde and 2-hydroxy-l-naphthaldehyde with 2-aminophenol and 2-amino-p-cresol. The structures and properties of ligands and their Co(II) complexes were investigated by elemental analysis, $^1H$NMR, IR, UV-visible spectra, and thermogravimetric analysis. The molar ratio of Schiff base to the metal of complexes was found to be 1:1. Co(II) complexes were contemplated to be hexa-coordinated octahedral configuration containing three water molecules. The redox process of ligands and complexes in DMSO solution containing 0.1 M TBAP as a supporting electrolyte were investigated by cyclic voltammetry with glassy carbon electrode. The redox process of the tridentate Schiff base ligands was totally irreversible. The redox process of Co(II) complexes were irreversible and one electron processes by two steps in diffusion controlled reaction. The reduction potential of the Co(II) complexes was shifted to the positive direction in the order [Co(Ⅱ)$(HNIPC)(H_2O)_3$]>[Co(Ⅱ)$(HNIP)(H_2O)_3$]>[Co(II)$(SIPC)(H_2O)_3$]>[Co(Ⅱ)$(SIP)(H_2O)_3], and their dependence on ligands were not so high.
The syntheses and reactivities with olefins of $[Ru^{II}(L_3)(L_2)OH_2]^{2+}$$[L_3$= 2,6-bis(N-pyrazolyl)pyridine(bpp), 2,6-bis(3,5-dimethyl-N-pyrazolyl)pyridine $(Me_4bpp);\;L_2$= 2,2'-bipyridine(bpy), 4,4'-dimethyl-2,2'-bipyridine $(Me_2bpy)$] are described. Their spectral and redox properties in aqueous solution were investigated. Evidence for each one electron redox process for the $Ru^{IV}-Ru^{III}$ and $Ru^{III}-Ru^{II}$ couples has been obtained. Oxidation of $[Ru^{II}(bpp)(bpy)OH_2]^{2+}$ with $Ce^{IV}$ gave $[Ru^{IV}(bpp)(bpy)O]^{2+}$. The $[Ru^{IV}$= 0 complex is paramagnetic $({\mu}_{eff}=2.82)$ and the complexes $[Ru(L_3)(L_2)OH_2]^{2+}$ are robust catalysts for the oxidation of styrene, cyclohexene, and cyclooctene with cooxidant such as NaOCl. Product distributions and selectivities are discussed by varying the number of the substituted-methyl group in the ring.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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