La bis(trifluorometansolfonil)immide di litio, comunemente nota come LiTFSI, e i suoi analoghi, sono elettroliti critici per le batterie al litio e le celle solari. Tuttavia, la commercializzazione di LiTFSI attraverso la sintesi termochimica si basa sull'uso di NH3 intermedi, che coinvolgono molteplici processi catalitici e di purificazione, portando a sostanziali emissioni di carbonio. Pertanto, sviluppo di un metodo per la sintesi diretta di LiTFSI da N2 in condizioni miti diventa particolarmente importante.
In uno studio pubblicato su Nature Catalysis , il team del Prof. Wang Yaobing dell'Istituto Fujian di ricerca sulla struttura della materia dell'Accademia cinese delle scienze ha proposto una strategia di sintesi elettrochimica a cascata basata su Li–N2 batterie e ha ottenuto un'efficiente sintesi elettrochimica di vari composti contenenti azoto, incluso LiTFSI.
La strategia specifica include la riduzione catalitica di N2 a Li3 N durante la scarica, acilando il Li3 N per formare LiTFSI e il sottoprodotto LiCl e ossidare LiCl durante la carica per completare il ciclo sintetico.
I ricercatori hanno dimostrato la riduzione elettrocatalitica di N2 a Li3 N attraverso tecniche come la diffrazione di raggi X e la microscopia elettronica a trasmissione a bassa temperatura, e ha confermato la fattibilità della reazione di acilazione S–N tra Li3 N e CF3 SO2 Cl attraverso la risonanza magnetica nucleare, la spettrometria di massa e la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier. Basandosi sul cambiamento di colore dell'arancio metilico da rosso a incolore durante il processo di carica, hanno dimostrato che il sottoprodotto LiCl veniva ossidato a Cl2 .
I risultati sperimentali hanno indicato che, in condizioni ottimizzate, l'efficienza di riduzione catalitica da N2 a Li3 N ha raggiunto il 53,2%, l'efficienza di conversione da N2 al LiTFSI è stato del 48,9% e l'efficienza energetica della sintesi elettrochimica di LiTFSI ha raggiunto il 3,0%.
Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato un dispositivo a cella di flusso per ottenere la sintesi elettrochimica continua di LiTFSI, dimostrando il significato pratico di questa strategia nella produzione. Espandendo la portata del substrato, hanno fornito un percorso per la sintesi elettrochimica diretta di analoghi con diversi legami N–X (X =S, C, ecc.) e cationi metallici (Li + , Zn 2+ , ecc.), dimostrando la scalabilità della strategia.
Questo studio presenta uno schema completo di sintesi elettrochimica per la produzione pratica di sostanze chimiche contenenti azoto, che offre un approccio promettente alla sintesi di elettroliti di fascia alta con una maggiore efficienza dell'atomo di azoto.
Ulteriori informazioni: Xiang Zhang et al, Elettrosintesi a cascata di LiTFSI e analoghi contenenti N tramite una batteria Li–N2 ad anello, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01067-3
Informazioni sul giornale: Catalisi della natura
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
