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Aufgrund der reichlich vorhandenen Natriumressourcen stellen Natriumionenbatterien (NIBs) eine vielversprechende Alternative zur elektrochemischen Energiespeicherung dar. Derzeit besteht die größte Herausforderung bei der Entwicklung der NIB-Technologie im Mangel an Elektrodenmaterialien, die Natriumionen reversibel und über einen längeren Zeitraum speichern und freisetzen können. Ziel dieser Studie ist es daher, den Einfluss der Glycerinzugabe auf Polyvinylalkohol (PVA)-Natriumalginat (NaAlg)-Mischungen als NIB-Elektrodenmaterialien theoretisch zu untersuchen. Im Fokus stehen die elektronischen, thermischen und QSAR-Deskriptoren (Quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehung) von Polymerelektrolyten auf Basis von PVA, Natriumalginat und Glycerin. Diese Eigenschaften werden mithilfe semiempirischer Methoden und der Dichtefunktionaltheorie (DFT) untersucht. Da die Strukturanalyse die Wechselwirkungen zwischen PVA/Alginat und Glycerin detailliert aufzeigte, wurde die Bandlückenenergie (Eg) bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von Glycerin zu einer Verringerung des Eg-Wertes auf 0,2814 eV führt. Die molekulare elektrostatische Potentialfläche (MESP) zeigt die Verteilung von elektronenreichen und elektronenarmen Bereichen sowie molekularen Ladungen im gesamten Elektrolytsystem. Zu den untersuchten thermischen Parametern gehören Enthalpie (H), Entropie (ΔS), Wärmekapazität (Cp), freie Gibbs-Energie (G) und Bildungsenthalpie. Zusätzlich wurden verschiedene quantitative Struktur-Aktivitäts-Beziehungs-Deskriptoren (QSAR) wie das Gesamtdipolmoment (TDM), die Gesamtenergie (E), das Ionisationspotential (IP), Log P und die Polarisierbarkeit untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass H, ΔS, Cp, G und TDM mit steigender Temperatur und zunehmendem Glycerinanteil ansteigen. Gleichzeitig sinken die Bildungsenthalpie, IP und E, was die Reaktivität und Polarisierbarkeit verbessert. Durch die Zugabe von Glycerin erhöhte sich die Zellspannung zudem auf 2,488 V. DFT- und PM6-Berechnungen auf Basis kostengünstiger PVA/NaAlg-Glycerin-basierter Elektrolyte zeigen, dass diese aufgrund ihrer Multifunktionalität Lithium-Ionen-Batterien teilweise ersetzen können, jedoch sind weitere Verbesserungen und Forschungen erforderlich.
Obwohl Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) weit verbreitet sind, stößt ihre Anwendung aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer, hohen Kosten und Sicherheitsbedenken auf viele Einschränkungen. Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) könnten aufgrund ihrer breiten Verfügbarkeit, der geringen Kosten und der Ungiftigkeit des Elements Natrium eine praktikable Alternative zu LIBs darstellen. Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) gewinnen zunehmend an Bedeutung als Energiespeichersystem für elektrochemische Geräte¹. Sie sind stark auf Elektrolyte angewiesen, um den Ionentransport zu ermöglichen und elektrischen Strom zu erzeugen^2,3. Flüssige Elektrolyte bestehen hauptsächlich aus Metallsalzen und organischen Lösungsmitteln. Praktische Anwendungen erfordern eine sorgfältige Prüfung der Sicherheit flüssiger Elektrolyte, insbesondere wenn die Batterie thermischer oder elektrischer Belastung ausgesetzt ist⁴.
Natriumionenbatterien (SIBs) werden Lithiumionenbatterien aufgrund ihrer reichhaltigen Meeresreserven, ihrer Ungiftigkeit und der geringen Materialkosten voraussichtlich in naher Zukunft ersetzen. Die Synthese von Nanomaterialien hat die Entwicklung von Datenspeichern sowie elektronischen und optischen Geräten beschleunigt. Zahlreiche Studien belegen die Anwendung verschiedener Nanostrukturen (z. B. Metalloxide, Graphen, Nanoröhren und Fullerene) in Natriumionenbatterien. Die Forschung konzentriert sich aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Umweltfreundlichkeit auf die Entwicklung von Anodenmaterialien, darunter Polymere, für Natriumionenbatterien. Das Forschungsinteresse an wiederaufladbaren Polymerbatterien wird zweifellos zunehmen. Neuartige Polymerelektrodenmaterialien mit einzigartigen Strukturen und Eigenschaften ebnen den Weg für umweltfreundliche Energiespeichertechnologien. Obwohl bereits verschiedene Polymerelektrodenmaterialien für den Einsatz in Natriumionenbatterien untersucht wurden, befindet sich dieses Forschungsfeld noch in einem frühen Stadium. Für Natriumionenbatterien müssen daher weitere Polymermaterialien mit unterschiedlichen Strukturkonfigurationen erforscht werden. Auf Grundlage unseres derzeitigen Wissens über den Speichermechanismus von Natriumionen in Polymerelektrodenmaterialien lässt sich vermuten, dass Carbonylgruppen, freie Radikale und Heteroatome im konjugierten System als aktive Zentren für die Wechselwirkung mit Natriumionen dienen können. Daher ist die Entwicklung neuer Polymere mit einer hohen Dichte dieser aktiven Zentren von entscheidender Bedeutung. Gelpolymerelektrolyte (GPE) stellen eine alternative Technologie dar, die die Zuverlässigkeit, Ionenleitfähigkeit, Leckagefreiheit, hohe Flexibilität und gute Leistung von Batterien verbessert.¹²
Polymermatrices umfassen Materialien wie Polyvinylalkohol (PVA) und Polyethylenoxid (PEO)¹³. Gelpermeable Polymere (GPE) immobilisieren den flüssigen Elektrolyten in der Polymermatrix, wodurch das Leckagerisiko im Vergleich zu kommerziellen Separatoren reduziert wird¹⁴. PVA ist ein synthetisches, biologisch abbaubares Polymer. Es besitzt eine hohe Permittivität, ist kostengünstig und ungiftig. Das Material ist bekannt für seine filmbildenden Eigenschaften, chemische Stabilität und Haftung. Es verfügt außerdem über funktionelle (OH)-Gruppen und eine hohe Vernetzungsdichte^15,16,17. Polymermischungen, Weichmacherzusätze, Kompositzusätze und In-situ-Polymerisationstechniken wurden eingesetzt, um die Leitfähigkeit von PVA-basierten Polymerelektrolyten zu verbessern, die Kristallinität der Matrix zu verringern und die Kettenflexibilität zu erhöhen^18,19,20.
Das Mischen von Polymeren ist eine wichtige Methode zur Entwicklung von Werkstoffen für industrielle Anwendungen. Polymermischungen werden häufig eingesetzt, um: (1) die Verarbeitungseigenschaften natürlicher Polymere in industriellen Anwendungen zu verbessern; (2) die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften biologisch abbaubarer Materialien zu optimieren; und (3) den sich schnell ändernden Anforderungen an neue Materialien in der Lebensmittelverpackungsindustrie gerecht zu werden. Im Gegensatz zur Copolymerisation ist das Mischen von Polymeren ein kostengünstiges Verfahren, das einfache physikalische anstelle komplexer chemischer Prozesse nutzt, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen²¹. Zur Bildung von Homopolymeren können verschiedene Polymere über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen oder Ladungstransferkomplexe interagieren^22,23. Mischungen aus natürlichen und synthetischen Polymeren können gute Biokompatibilität mit exzellenten mechanischen Eigenschaften kombinieren und so ein überlegenes Material zu niedrigen Produktionskosten erzeugen^24,25. Daher besteht großes Interesse an der Entwicklung biorelevanter Polymermaterialien durch Mischen von synthetischen und natürlichen Polymeren. Polyvinylalkohol (PVA) kann mit Natriumalginat (NaAlg), Cellulose, Chitosan und Stärke kombiniert werden²⁶.
Natriumalginat ist ein natürliches Polymer und anionisches Polysaccharid, das aus marinen Braunalgen gewonnen wird. Es besteht aus β-(1-4)-verknüpfter D-Mannuronsäure (M) und α-(1-4)-verknüpfter L-Guluronsäure (G), die in homopolymeren Formen (Poly-M und Poly-G) und heteropolymeren Blöcken (MG oder GM) vorliegen.²⁷ Der Gehalt und das relative Verhältnis der M- und G-Blöcke beeinflussen die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Alginats maßgeblich.^28,29 Aufgrund seiner biologischen Abbaubarkeit, Biokompatibilität, geringen Kosten, guten Filmbildungseigenschaften und Ungiftigkeit findet Natriumalginat breite Anwendung und wird intensiv erforscht. Die große Anzahl freier Hydroxyl- (OH) und Carboxylatgruppen (COO) in der Alginatkette führt jedoch zu einer starken Hydrophilie. Gleichzeitig weist Alginat aufgrund seiner Sprödigkeit und Steifigkeit schlechte mechanische Eigenschaften auf. Daher kann Alginat mit anderen synthetischen Materialien kombiniert werden, um die Wasserempfindlichkeit und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern30,31.
Vor der Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien werden häufig DFT-Berechnungen eingesetzt, um die Herstellbarkeit neuer Materialien zu bewerten. Darüber hinaus nutzen Wissenschaftler Molekülmodellierung, um experimentelle Ergebnisse zu bestätigen und vorherzusagen, Zeit zu sparen, Chemikalienabfälle zu reduzieren und Wechselwirkungsverhalten vorherzusagen³². Die Molekülmodellierung hat sich in vielen Bereichen, darunter Materialwissenschaften, Nanomaterialien, Computerchemie und Wirkstoffforschung, zu einem leistungsstarken und wichtigen Wissenschaftszweig entwickelt^33,34. Mithilfe von Modellierungsprogrammen können Wissenschaftler direkt Moleküldaten erhalten, darunter Energie (Bildungsenthalpie, Ionisierungspotenzial, Aktivierungsenergie usw.) und Geometrie (Bindungswinkel, Bindungslängen und Torsionswinkel)³⁵. Zusätzlich lassen sich elektronische Eigenschaften (Ladung, HOMO- und LUMO-Bandlückenenergie, Elektronenaffinität), spektrale Eigenschaften (charakteristische Schwingungsmoden und -intensitäten wie FTIR-Spektren) und Materialeigenschaften (Volumen, Diffusion, Viskosität, Modul usw.)³⁶ berechnen.
LiNiPO4 bietet aufgrund seiner hohen Energiedichte (Betriebsspannung ca. 5,1 V) potenzielle Vorteile gegenüber anderen Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. Um die Vorteile von LiNiPO4 im Hochspannungsbereich voll auszuschöpfen, muss die Betriebsspannung gesenkt werden, da die derzeit entwickelten Hochspannungselektrolyte nur bei Spannungen unter 4,8 V relativ stabil sind. Zhang et al. untersuchten die Dotierung von LiNiPO4 mit allen 3d-, 4d- und 5d-Übergangsmetallen auf der Ni-Position, wählten die Dotierungsmuster mit exzellenter elektrochemischer Leistung aus und passten die Betriebsspannung von LiNiPO4 an, wobei die relative Stabilität der elektrochemischen Eigenschaften erhalten blieb. Die niedrigsten erzielten Betriebsspannungen betrugen 4,21 V, 3,76 V bzw. 3,5037 V für Ti-, Nb- bzw. Ta-dotiertes LiNiPO4.
Ziel dieser Studie ist es daher, den Einfluss von Glycerin als Weichmacher auf die elektronischen Eigenschaften, QSAR-Deskriptoren und thermischen Eigenschaften des PVA/NaAlg-Systems mittels quantenmechanischer Berechnungen theoretisch zu untersuchen, um dessen Anwendung in wiederaufladbaren Ionen-Ionen-Batterien zu prüfen. Die molekularen Wechselwirkungen zwischen dem PVA/NaAlg-Modell und Glycerin wurden mithilfe der quantenmechanischen Atomtheorie der Moleküle nach Bader (QTAIM) analysiert.
Ein Molekülmodell, das die Wechselwirkung von PVA mit NaAlg und anschließend mit Glycerin beschreibt, wurde mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) optimiert. Die Berechnungen erfolgten mit der Software Gaussian 0938 in der Abteilung für Spektroskopie des Nationalen Forschungszentrums in Kairo, Ägypten. Die Optimierung der Modelle wurde auf dem B3LYP/6-311G(d,p)-Niveau durchgeführt^39,40,41,42. Um die Wechselwirkung zwischen den untersuchten Modellen zu verifizieren, wurden Frequenzstudien auf demselben theoretischen Niveau durchgeführt, die die Stabilität der optimierten Geometrie belegen. Das Fehlen negativer Frequenzen unter allen ausgewerteten Frequenzen unterstreicht, dass die abgeleitete Struktur ein echtes positives Minimum auf der Potenzialenergiefläche darstellt. Physikalische Parameter wie TDM, HOMO/LUMO-Bandlückenenergie und MESP wurden auf demselben quantenmechanischen Niveau berechnet. Zusätzlich wurden einige thermische Parameter wie die finale Bildungsenthalpie, die freie Energie, die Entropie, die Enthalpie und die Wärmekapazität mithilfe der in Tabelle 1 angegebenen Formeln berechnet. Die untersuchten Modelle wurden einer Analyse mittels der Quantentheorie der Atome in Molekülen (QTAIM) unterzogen, um die Wechselwirkungen an der Oberfläche der untersuchten Strukturen zu identifizieren. Diese Berechnungen wurden mit dem Befehl „output=wfn“ im Softwareprogramm Gaussian 09 durchgeführt und anschließend mit dem Softwareprogramm Avogadro⁴³ visualisiert.
Dabei ist E die innere Energie, P der Druck, V das Volumen, Q der Wärmeaustausch zwischen dem System und seiner Umgebung, T die Temperatur, ΔH die Enthalpieänderung, ΔG die freie Energieänderung, ΔS die Entropieänderung, a und b die Schwingungsparameter, q die Atomladung und C die atomare Elektronendichte^44,45. Abschließend wurden dieselben Strukturen optimiert und die QSAR-Parameter auf PM6-Niveau mit dem SCIGRESS-Softwarecode⁴⁶ in der Abteilung für Spektroskopie des Nationalen Forschungszentrums in Kairo, Ägypten, berechnet.
In unserer vorherigen Arbeit⁴⁷ evaluierten wir das wahrscheinlichste Modell zur Beschreibung der Wechselwirkung von drei PVA-Einheiten mit zwei NaAlg-Einheiten, wobei Glycerin als Weichmacher fungierte. Wie bereits erwähnt, gibt es zwei Möglichkeiten für die Wechselwirkung von PVA und NaAlg. Die beiden Modelle, bezeichnet als 3PVA-2NaAlg (basierend auf der Kohlenstoffzahl 10) und Term 1NaAlg-3PVA-Mid 1NaAlg, weisen im Vergleich zu den anderen betrachteten Strukturen die geringste Energielücke⁴⁸ auf. Daher wurde der Einfluss der Glycerinzugabe auf das wahrscheinlichste Modell des PVA/NaAlg-Mischpolymers anhand der beiden letztgenannten Strukturen untersucht: 3PVA-(C10)2NaAlg (im Folgenden der Einfachheit halber als 3PVA-2NaAlg bezeichnet) und Term 1NaAlg − 3PVA-Mid 1NaAlg. Laut Literaturangaben können PVA, NaAlg und Glycerin nur schwache Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Hydroxylgruppen ausbilden. Da sowohl das PVA-Trimer als auch das NaAlg-Glycerin-Dimer mehrere OH-Gruppen enthalten, kann der Kontakt über eine dieser OH-Gruppen hergestellt werden. Abbildung 1 zeigt die Wechselwirkung zwischen dem Modell-Glycerinmolekül und dem Modellmolekül 3PVA-2NaAlg, und Abbildung 2 zeigt das konstruierte Modell der Wechselwirkung zwischen dem Modellmolekül Term 1NaAlg-3PVA-Mid 1NaAlg und verschiedenen Glycerinkonzentrationen.
Optimierte Strukturen: (a) Gly und 3PVA − 2Na Alg interagieren mit (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly und (f) 5 Gly.
Optimierte Strukturen von Term 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg in Wechselwirkung mit (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly und (f) 6 Gly.
Die Bandlückenenergie der Elektronen ist ein wichtiger Parameter bei der Untersuchung der Reaktivität von Elektrodenmaterialien. Sie beschreibt das Verhalten der Elektronen unter dem Einfluss externer Einflüsse. Daher ist es notwendig, die HOMO/LUMO-Bandlückenenergien aller untersuchten Strukturen zu bestimmen. Tabelle 2 zeigt die Änderungen der HOMO/LUMO-Energien von 3PVA-(C10)2NaAlg und Term 1NaAlg − 3PVA-Mid 1NaAlg durch die Zugabe von Glycerin. Laut Referenz 47 beträgt der Eg-Wert von 3PVA-(C10)2NaAlg 0,2908 eV, während der Eg-Wert der Struktur, die die Wahrscheinlichkeit der zweiten Wechselwirkung widerspiegelt (d. h. Term 1NaAlg − 3PVA-Mid 1NaAlg), 0,5706 eV beträgt.
Es wurde jedoch festgestellt, dass die Zugabe von Glycerin zu einer geringfügigen Änderung des Eg-Wertes von 3PVA-(C10)2NaAlg führte. Bei der Wechselwirkung von 3PVA-(C10)2NaAlg mit 1, 2, 3, 4 und 5 Glycerineinheiten betrugen die Eg-Werte 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 bzw. 0,281 eV. Besonders bemerkenswert ist, dass der Eg-Wert nach Zugabe von 3 Glycerineinheiten niedriger war als der von 3PVA-(C10)2NaAlg. Das Modell, das die Wechselwirkung von 3PVA-(C10)2NaAlg mit fünf Glycerineinheiten beschreibt, ist das wahrscheinlichste. Dies bedeutet, dass mit zunehmender Anzahl an Glycerineinheiten auch die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung steigt.
Für die zweite Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ergeben sich für die HOMO/LUMO-Energien der Modellmoleküle, die 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 und Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly repräsentieren, Werte von 1,343, 1,347, 0,976, 0,607, 0,348 bzw. 0,496 eV. Tabelle 2 zeigt die berechneten HOMO/LUMO-Bandlückenenergien für alle Strukturen. Darüber hinaus wiederholt sich hier das gleiche Verhalten der Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten wie in der ersten Gruppe.
Die Bandtheorie der Festkörperphysik besagt, dass mit abnehmender Bandlücke eines Elektrodenmaterials dessen elektronische Leitfähigkeit zunimmt. Dotierung ist eine gängige Methode, um die Bandlücke von Natriumionen-Kathodenmaterialien zu verringern. Jiang et al. nutzten Kupferdotierung, um die elektronische Leitfähigkeit von β-NaMnO₂-Schichtmaterialien zu verbessern. Mithilfe von DFT-Berechnungen stellten sie fest, dass die Dotierung die Bandlücke des Materials von 0,7 eV auf 0,3 eV verringerte. Dies deutet darauf hin, dass Kupferdotierung die elektronische Leitfähigkeit von β-NaMnO₂ verbessert.
Das molekulare spezifische Potenzial (MESP) beschreibt die Wechselwirkungsenergie zwischen der molekularen Ladungsverteilung und einer einzelnen positiven Ladung. Es gilt als effektives Werkzeug zum Verständnis und zur Interpretation chemischer Eigenschaften und Reaktivität. Mithilfe des MESP lassen sich die Mechanismen von Wechselwirkungen zwischen polymeren Materialien aufklären. Das MESP beschreibt die Ladungsverteilung innerhalb der untersuchten Verbindung und liefert darüber hinaus Informationen über die aktiven Zentren der untersuchten Materialien.³² Abbildung 3 zeigt die MESP-Plots von 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly und 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly, die auf dem B3LYP/6-311G(d, p)-Theorieniveau berechnet wurden.
MESP-Konturen, berechnet mit B3LYP/6-311 g(d, p) für (a) Gly und 3PVA − 2Na Alg in Wechselwirkung mit (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly und (f) 5 Gly.
Abbildung 4 zeigt die berechneten MESP-Werte für 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 und Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly. Die berechneten MESP-Werte sind als Konturdiagramm dargestellt. Die Konturlinien sind in verschiedenen Farben dargestellt. Jede Farbe repräsentiert einen anderen Elektronegativitätswert. Rot kennzeichnet stark elektronegative bzw. reaktive Bereiche. Die gelbe Farbe repräsentiert die neutralen Positionen 49, 50 und 51 in der Struktur. Die MESP-Ergebnisse zeigten, dass die Reaktivität von 3PVA-(C10)2NaAlg mit zunehmender Rotintensität um die untersuchten Modelle anstieg. Gleichzeitig nahm die Rotintensität in der MESP-Karte des Modellmoleküls Term 1NaAlg-3PVA – Mid 1NaAlg aufgrund der Wechselwirkung mit unterschiedlichem Glycerinanteil ab. Die Veränderung der Rotverteilung um die vorgeschlagene Struktur spiegelt die Reaktivität wider, während die Intensitätszunahme die erhöhte Elektronegativität des Modellmoleküls 3PVA-(C10)2NaAlg aufgrund des steigenden Glycerinanteils bestätigt.
B3LYP/6-311 g(d, p) berechneter MESP-Term von 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg in Wechselwirkung mit (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly und (f) 6 Gly.
Für alle vorgeschlagenen Strukturen wurden die thermischen Parameter wie Enthalpie, Entropie, Wärmekapazität, freie Energie und Bildungsenthalpie bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von 200 K bis 500 K berechnet. Um das Verhalten physikalischer Systeme zu beschreiben, ist es neben der Untersuchung ihres elektronischen Verhaltens auch notwendig, ihr thermisches Verhalten in Abhängigkeit von der Temperatur aufgrund ihrer Wechselwirkungen zu untersuchen. Dieses kann mithilfe der in Tabelle 1 angegebenen Gleichungen berechnet werden. Die Untersuchung dieser thermischen Parameter gilt als wichtiger Indikator für die Reaktionsfähigkeit und Stabilität solcher physikalischer Systeme bei unterschiedlichen Temperaturen.
Die Enthalpie des PVA-Trimers ergibt sich aus der Reaktion mit dem NaAlg-Dimer, anschließend über die OH-Gruppe am Kohlenstoffatom Nr. 10 und schließlich mit Glycerin. Die Enthalpie ist ein Maß für die Energie in einem thermodynamischen System. Sie entspricht der Gesamtwärme eines Systems, also der inneren Energie des Systems plus dem Produkt aus Volumen und Druck. Anders ausgedrückt: Die Enthalpie zeigt an, wie viel Wärme und Arbeit einem Stoff zugeführt oder entzogen wird.⁵²
Abbildung 5 zeigt die Enthalpieänderungen während der Reaktion von 3PVA-(C10)2NaAlg mit verschiedenen Glycerinkonzentrationen. Die Abkürzungen A0, A1, A2, A3, A4 und A5 bezeichnen die Modellmoleküle 3PVA-(C10)2NaAlg, 3PVA-(C10)2NaAlg − 1Gly, 3PVA-(C10)2NaAlg − 2Gly, 3PVA-(C10)2NaAlg − 3Gly, 3PVA-(C10)2NaAlg − 4Gly bzw. 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly. Abbildung 5a zeigt, dass die Enthalpie mit steigender Temperatur und zunehmendem Glyceringehalt ansteigt. Die Enthalpie der Struktur 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (d. h. A5) beträgt bei 200 K 27,966 cal/mol, während die Enthalpie der Struktur 3PVA-2NaAlg bei 200 K 13,490 cal/mol beträgt. Da die Enthalpie positiv ist, ist diese Reaktion endotherm.
Entropie ist ein Maß für die nicht verfügbare Energie in einem geschlossenen thermodynamischen System und wird häufig als Maß für die Unordnung des Systems betrachtet. Abbildung 5b zeigt die Temperaturabhängigkeit der Entropie von 3PVA-(C10)2NaAlg und deren Wechselwirkung mit verschiedenen Glycerineinheiten. Die Grafik zeigt, dass die Entropie mit steigender Temperatur von 200 K auf 500 K linear zunimmt. Abbildung 5b verdeutlicht, dass die Entropie des 3PVA-(C10)2NaAlg-Modells bei 200 K gegen 200 cal/K/mol tendiert, da dieses Modell eine geringere Gitterfehlordnung aufweist. Mit steigender Temperatur nimmt die Unordnung im 3PVA-(C10)2NaAlg-Modell zu, was den Anstieg der Entropie mit steigender Temperatur erklärt. Darüber hinaus ist es offensichtlich, dass die Struktur von 3PVA-C10 2Na Alg- 5 Gly den höchsten Entropiewert aufweist.
Das gleiche Verhalten ist in Abbildung 5c ​​zu beobachten, die die Änderung der Wärmekapazität mit der Temperatur zeigt. Die Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur einer bestimmten Stoffmenge um 1 °C zu erhöhen.⁴⁷ Abbildung 5c ​​zeigt die Änderungen der Wärmekapazität des Modellmoleküls 3PVA-(C₁₀)₂NaAlg aufgrund von Wechselwirkungen mit 1, 2, 3, 4 und 5 Glycerineinheiten. Die Abbildung zeigt, dass die Wärmekapazität des Modells 3PVA-(C₁₀)₂NaAlg linear mit der Temperatur zunimmt. Der beobachtete Anstieg der Wärmekapazität mit steigender Temperatur wird auf thermische Phononenschwingungen zurückgeführt. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass eine Erhöhung des Glycerinanteils zu einer Erhöhung der Wärmekapazität des Modells 3PVA-(C₁₀)₂NaAlg führt. Die Struktur zeigt außerdem, dass 3PVA-(C₁₀)₂NaAlg−5Gly im Vergleich zu anderen Strukturen den höchsten Wärmekapazitätswert aufweist.
Weitere Parameter wie die freie Energie und die finale Bildungsenthalpie wurden für die untersuchten Strukturen berechnet und sind in Abbildung 5d bzw. e dargestellt. Die finale Bildungsenthalpie ist die Wärmemenge, die bei der Bildung einer reinen Substanz aus ihren Bestandteilen unter konstantem Druck freigesetzt oder aufgenommen wird. Die freie Energie kann als eine der Energie ähnliche Größe definiert werden, d. h. ihr Wert hängt von der Stoffmenge im jeweiligen thermodynamischen Zustand ab. Die freie Energie und die Bildungsenthalpie von 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly waren mit -1318,338 bzw. -1628,154 kcal/mol am niedrigsten. Im Gegensatz dazu weist die Struktur von 3PVA-(C10)2NaAlg mit -690,340 bzw. -830,673 kcal/mol die höchsten Werte für freie Energie und Bildungsenthalpie im Vergleich zu den anderen Strukturen auf. Wie in Abbildung 5 dargestellt, verändern sich verschiedene thermische Eigenschaften durch die Wechselwirkung mit Glycerin. Die negative Gibbs-Energie deutet auf die Stabilität der vorgeschlagenen Struktur hin.
PM6 berechnete die thermischen Parameter von reinem 3PVA- (C10) 2Na Alg (Modell A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (Modell A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (Modell A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (Modell A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (Modell A4) und 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (Modell A5), wobei (a) die Enthalpie, (b) die Entropie, (c) die Wärmekapazität, (d) die freie Energie und (e) die Bildungsenthalpie ist.
Andererseits findet die zweite Wechselwirkung zwischen PVA-Trimer und dimerem NaAlg an den terminalen und mittleren OH-Gruppen der PVA-Trimerstruktur statt. Wie bei der ersten Gruppe wurden die thermischen Parameter mit demselben theoretischen Niveau berechnet. Abbildung 6a–e zeigt die Variationen von Enthalpie, Entropie, Wärmekapazität, freier Energie und schließlich der Bildungsenthalpie. Abbildung 6a–c zeigt, dass Enthalpie, Entropie und Wärmekapazität von Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg bei der Wechselwirkung mit 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Glycerineinheiten dasselbe Verhalten wie bei der ersten Gruppe aufweisen. Darüber hinaus steigen ihre Werte mit zunehmender Temperatur. Auch im vorgeschlagenen Modell Term 1 NaAlg − 3PVA-Mid 1 NaAlg steigen die Werte für Enthalpie, Entropie und Wärmekapazität mit zunehmendem Glycerinanteil. Die Abkürzungen B0, B1, B2, B3, B4, B5 und B6 stehen für die folgenden Strukturen: 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 und Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Wie in Abb. 6a–c gezeigt, ist es offensichtlich, dass die Werte für Enthalpie, Entropie und Wärmekapazität mit zunehmender Anzahl der Glycerineinheiten von 1 auf 6 steigen.
PM6 berechnete die thermischen Parameter von reinem Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg (Modell B0), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (Modell B1), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (Modell B2), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (Modell B3), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (Modell B4), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (Modell B5) und Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (Modell B6), einschließlich (a) Enthalpie, (b) Entropie, (c) Wärmekapazität, (d) freie Energie und (e) Bildungsenthalpie.
Darüber hinaus weist die Struktur Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly die höchsten Werte für Enthalpie, Entropie und Wärmekapazität im Vergleich zu anderen Strukturen auf. Ihre Werte stiegen von 16,703 cal/mol, 257,990 cal/mol/K und 131,323 kcal/mol in Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg auf 33,223 cal/mol, 420,038 cal/mol/K bzw. 275,923 kcal/mol in Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly.
Die Abbildungen 6d und e zeigen die Temperaturabhängigkeit der freien Energie und der finalen Bildungsenthalpie (HF). Die HF ist definiert als die Enthalpieänderung, die bei der Bildung eines Mols einer Substanz aus ihren Elementen unter natürlichen und Standardbedingungen auftritt. Aus der Abbildung geht hervor, dass die freie Energie und die finale Bildungsenthalpie aller untersuchten Strukturen eine lineare Abhängigkeit von der Temperatur aufweisen, d. h., sie steigen mit zunehmender Temperatur linear an. Darüber hinaus bestätigt die Abbildung, dass die Struktur Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly die niedrigste freie Energie und die niedrigste HF besitzt. Beide Parameter sanken von -758,337 bis -899,741 K cal/mol in Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly auf -1476,591 bzw. -1828,523 K cal/mol. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass der HF-Wert mit zunehmendem Glycerinanteil sinkt. Dies bedeutet, dass aufgrund der Zunahme funktioneller Gruppen die Reaktivität steigt und somit weniger Energie für die Reaktion benötigt wird. Dies bestätigt, dass weichgemachtes PVA/NaAlg aufgrund seiner hohen Reaktivität in Batterien eingesetzt werden kann.
Generell lassen sich Temperatureinflüsse in zwei Arten unterteilen: Kälte- und Hitzeeinflüsse. Kälteeinflüsse sind vor allem in Ländern hoher Breitengrade wie Grönland, Kanada und Russland spürbar. Im Winter liegen die Außentemperaturen dort deutlich unter null Grad Celsius. Die Lebensdauer und Leistung von Lithium-Ionen-Batterien können durch niedrige Temperaturen beeinträchtigt werden, insbesondere bei solchen, die in Plug-in-Hybridfahrzeugen, reinen Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Auch die Raumfahrt stellt eine kalte Umgebung dar, die Lithium-Ionen-Batterien erfordert. Beispielsweise kann die Temperatur auf dem Mars auf -120 Grad Celsius sinken, was ein erhebliches Hindernis für den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Raumfahrzeugen darstellt. Niedrige Betriebstemperaturen können zu einer Verringerung der Ladungstransferrate und der chemischen Reaktionsaktivität von Lithium-Ionen-Batterien führen. Dies wiederum verringert die Diffusionsrate der Lithium-Ionen in der Elektrode und die Ionenleitfähigkeit im Elektrolyten. Diese Degradation führt zu einer reduzierten Energiedichte und Leistung und kann mitunter sogar die Gesamtleistung beeinträchtigen.⁵³
Der Hochtemperatureffekt tritt in einem breiteren Anwendungsbereich auf, sowohl in Hoch- als auch in Niedrigtemperaturumgebungen, während der Niedrigtemperatureffekt hauptsächlich auf Niedrigtemperaturanwendungen beschränkt ist. Der Niedrigtemperatureffekt wird primär durch die Umgebungstemperatur bestimmt, der Hochtemperatureffekt hingegen ist in der Regel genauer auf die hohen Temperaturen im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie während des Betriebs zurückzuführen.
Lithium-Ionen-Akkus erzeugen unter hohen Stromstärken (einschließlich Schnellladen und Schnellentladen) Wärme, wodurch die Innentemperatur ansteigt. Hohe Temperaturen können die Akkuleistung beeinträchtigen und zu Kapazitäts- und Leistungsverlusten führen. Typischerweise resultiert der Kapazitätsverlust aus dem Verlust von Lithium und der Regeneration aktiver Materialien bei hohen Temperaturen, während der Leistungsverlust auf einen Anstieg des Innenwiderstands zurückzuführen ist. Steigt die Temperatur außer Kontrolle, kann es zu einem thermischen Durchgehen kommen, das in manchen Fällen zu Selbstentzündung oder sogar Explosion führen kann.
QSAR-Berechnungen sind eine computergestützte bzw. mathematische Modellierungsmethode zur Identifizierung von Zusammenhängen zwischen biologischer Aktivität und Strukturmerkmalen von Verbindungen. Alle entworfenen Moleküle wurden optimiert, und einige QSAR-Eigenschaften wurden auf PM6-Niveau berechnet. Tabelle 3 listet einige der berechneten QSAR-Deskriptoren auf. Beispiele für solche Deskriptoren sind Ladung, TDM, Gesamtenergie (E), Ionisationspotential (IP), Log P und Polarisierbarkeit (siehe Tabelle 1 für Formeln zur Bestimmung von IP und Log P).
Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die Gesamtladung aller untersuchten Strukturen null ist, da sie sich im Grundzustand befinden. Für die erste Wechselwirkungswahrscheinlichkeit betrug die TDM von Glycerin 2,788 Debye und für 3PVA-(C10) 2Na Alg 6,840 Debye. Die TDM-Werte stiegen auf 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,568 Debye bzw. 12,779 Debye, als 3PVA-(C10) 2Na Alg mit 1, 2, 3, 4 bzw. 5 Glycerineinheiten interagierte. Je höher der TDM-Wert, desto höher die Reaktivität gegenüber der Umgebung.
Die Gesamtenergie (E) wurde ebenfalls berechnet. Die E-Werte für Glycerin und 3PVA-(C10)2 NaAlg betrugen -141,833 eV bzw. -200092,503 eV. Die Strukturen, die 3PVA-(C10)2 NaAlg mit 1, 2, 3, 4 und 5 Glycerineinheiten repräsentieren, ergaben E-Werte von -996,837, -1108,440, -1238,740, -1372,075 bzw. -1548,031 eV. Ein erhöhter Glycerinanteil führt zu einer Abnahme der Gesamtenergie und somit zu einer Steigerung der Reaktivität. Basierend auf der Berechnung der Gesamtenergie wurde geschlossen, dass das Modellmolekül 3PVA-2NaAlg-5Gly reaktiver ist als die anderen Modellmoleküle. Dieses Phänomen hängt mit ihrer Struktur zusammen. 3PVA-(C10)2NaAlg enthält nur zwei -COONa-Gruppen, während die anderen Strukturen zwar zwei -COONa-Gruppen enthalten, aber mehrere OH-Gruppen aufweisen, was bedeutet, dass ihre Reaktivität gegenüber der Umgebung erhöht ist.
Zusätzlich wurden in dieser Studie die Ionisierungsenergien (IE) aller Strukturen berücksichtigt. Die Ionisierungsenergie ist ein wichtiger Parameter zur Messung der Reaktivität des untersuchten Modells. Die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron von einem Punkt eines Moleküls ins Unendliche zu bewegen, wird als Ionisierungsenergie bezeichnet. Sie repräsentiert den Ionisierungsgrad (d. h. die Reaktivität) des Moleküls. Je höher die Ionisierungsenergie, desto geringer die Reaktivität. Die IE-Werte von 3PVA-(C10)2NaAlg in Wechselwirkung mit 1, 2, 3, 4 und 5 Glycerineinheiten betrugen -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 bzw. -9,323 eV, während die IEs von Glycerin und 3PVA-(C10)2NaAlg -5,157 bzw. -9,341 eV betrugen. Da die Zugabe von Glycerin zu einer Verringerung des IP-Wertes führte, erhöhte sich die molekulare Reaktivität, was die Anwendbarkeit des PVA/NaAlg/Glycerin-Modellmoleküls in elektrochemischen Geräten verbessert.
Der fünfte Deskriptor in Tabelle 3 ist Log P, der Logarithmus des Verteilungskoeffizienten. Er beschreibt, ob die untersuchte Struktur hydrophil oder hydrophob ist. Ein negativer Log-P-Wert deutet auf ein hydrophiles Molekül hin, das sich leicht in Wasser und schlecht in organischen Lösungsmitteln löst. Ein positiver Wert bedeutet das Gegenteil.
Aufgrund der erzielten Ergebnisse lässt sich schlussfolgern, dass alle Strukturen hydrophil sind, da ihre Log P-Werte (3PVA-(C10)2NaAlg-1Gly, 3PVA-(C10)2NaAlg-2Gly, 3PVA-(C10)2NaAlg-3Gly, 3PVA-(C10)2NaAlg-4Gly und 3PVA-(C10)2NaAlg-5Gly) -3,537, -5,261, -6,342, -7,423 bzw. -8,504 betragen, während der Log P-Wert von Glycerin lediglich -1,081 und der von 3PVA-(C10)2NaAlg lediglich -3,100 beträgt. Dies bedeutet, dass sich die Eigenschaften der untersuchten Strukturen durch den Einbau von Wassermolekülen verändern.
Abschließend wurden die Polarisierbarkeiten aller Strukturen auf PM6-Niveau mittels einer semiempirischen Methode berechnet. Wie bereits erwähnt, hängt die Polarisierbarkeit der meisten Materialien von verschiedenen Faktoren ab. Der wichtigste Faktor ist das Volumen der untersuchten Struktur. Bei allen Strukturen mit Wechselwirkungen des ersten Typs zwischen 3PVA und 2NaAlg (Wechselwirkung über Kohlenstoffatom 10) verbessert sich die Polarisierbarkeit durch die Zugabe von Glycerin. Sie steigt von 29,690 Å auf 35,076, 40,665, 45,177, 50,239 bzw. 54,638 Å aufgrund von Wechselwirkungen mit 1, 2, 3, 4 bzw. 5 Glycerineinheiten. Es wurde festgestellt, dass das Modellmolekül mit der höchsten Polarisierbarkeit 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly ist, während das Modellmolekül mit der niedrigsten Polarisierbarkeit 3PVA-(C10)2NaAlg ist, die 29,690 Å beträgt.
Die Auswertung der QSAR-Deskriptoren ergab, dass die Struktur, die 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly repräsentiert, die reaktivste für die erste vorgeschlagene Wechselwirkung ist.
Die Ergebnisse für den zweiten Wechselwirkungsmodus zwischen dem PVA-Trimer und dem NaAlg-Dimer zeigen, dass deren Ladungen denen der ersten Wechselwirkung aus dem vorherigen Abschnitt ähneln. Alle Strukturen weisen eine elektronische Ladung von null auf, was bedeutet, dass sie sich alle im Grundzustand befinden.
Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, stiegen die TDM-Werte (berechnet auf PM6-Niveau) von Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg von 11,581 Debye auf 15,756, 19,720, 21,756, 22,732, 15,507 und 15,756, als Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg mit 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Einheiten Glycerin reagierte. Die Gesamtenergie nimmt jedoch mit zunehmender Anzahl der Glycerineinheiten ab, und wenn Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg mit einer bestimmten Anzahl von Glycerineinheiten (1 bis 6) interagiert, beträgt die Gesamtenergie − 996,985, − 1129,013, − 1267,211, − 1321,775, − 1418,964 bzw. − 1637,432 eV.
Für die zweite Wechselwirkungswahrscheinlichkeit wurden Ionisationspotential (IP), Log P und Polarisierbarkeit ebenfalls auf PM6-Niveau berechnet. Daher wurden die drei aussagekräftigsten Deskriptoren der molekularen Reaktivität berücksichtigt. Für die Strukturen, die End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg in Wechselwirkung mit 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Glycerineinheiten darstellen, steigt das IP von −9,385 eV auf −8,946, −8,848, −8,430, −9,537, −7,997 und −8,900 eV. Der berechnete Log P-Wert war jedoch aufgrund der Weichmachung von End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg durch Glycerin niedriger. Mit steigendem Glycerinanteil von 1 auf 6 ändern sich die Werte von -3,643 auf -5,334, -6,415, -7,496, -9,096, -9,861 und -10,53. Die Polarisierbarkeitsdaten zeigen, dass die Erhöhung des Glycerinanteils zu einer Steigerung der Polarisierbarkeit von Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg führt. Die Polarisierbarkeit des Modellmoleküls Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg erhöhte sich nach der Wechselwirkung mit 6 Glycerineinheiten von 31,703 Å auf 63,198 Å. Es ist wichtig anzumerken, dass die Erhöhung der Anzahl der Glycerineinheiten in der zweiten Wechselwirkungswahrscheinlichkeitsanalyse durchgeführt wurde, um zu bestätigen, dass trotz der großen Anzahl an Atomen und der komplexen Struktur die Leistungsfähigkeit durch die Erhöhung des Glycerinanteils weiter verbessert wird. Somit kann man sagen, dass das verfügbare PVA/NaAlg/Glycerin-Modell Lithium-Ionen-Batterien teilweise ersetzen kann, jedoch sind weitere Forschung und Entwicklung erforderlich.
Die Charakterisierung der Bindungskapazität einer Oberfläche für ein Adsorbat und die Bewertung der spezifischen Wechselwirkungen zwischen den Systemen erfordern Kenntnisse über die Art der Bindung zwischen zwei Atomen, die Komplexität inter- und intramolekularer Wechselwirkungen sowie die Elektronendichteverteilung der Oberfläche und des Adsorbens. Die Elektronendichte am Bindungskritischen Punkt (BCP) zwischen den wechselwirkenden Atomen ist entscheidend für die Bestimmung der Bindungsstärke in der QTAIM-Analyse. Je höher die Elektronendichte, desto stabiler die kovalente Wechselwirkung und im Allgemeinen desto höher die Elektronendichte an diesen kritischen Punkten. Sind sowohl die gesamte Elektronenenergiedichte (H(r)) als auch die Laplace-Ladungsdichte (∇²ρ(r)) kleiner als null, deutet dies auf das Vorliegen kovalenter (allgemeiner) Wechselwirkungen hin. Sind ∇²ρ(r) und H(r) hingegen größer als 0,54, weisen sie auf das Vorliegen nicht-kovalenter (abgeschlossenschaliger) Wechselwirkungen wie schwacher Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte und elektrostatischer Wechselwirkungen hin. Die QTAIM-Analyse enthüllte die Art der nicht-kovalenten Wechselwirkungen in den untersuchten Strukturen (siehe Abbildungen 7 und 8). Die Analyse ergab, dass die Modellmoleküle 3PVA − 2NaAlg und Term 1NaAlg − 3PVA − Mid 1NaAlg eine höhere Stabilität aufwiesen als die Moleküle mit unterschiedlichen Glycineinheiten. Dies liegt daran, dass zahlreiche nicht-kovalente Wechselwirkungen, die in der Alginatstruktur häufiger vorkommen, wie elektrostatische Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen, die Stabilisierung der Komposite ermöglichen. Unsere Ergebnisse belegen zudem die Bedeutung der nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen den Modellmolekülen 3PVA − 2NaAlg und Term 1NaAlg − 3PVA − Mid 1NaAlg und Glycin. Dies deutet darauf hin, dass Glycin eine wichtige Rolle bei der Modifizierung der gesamten elektronischen Umgebung der Komposite spielt.
QTAIM-Analyse des Modellmoleküls 3PVA − 2NaAlg in Wechselwirkung mit (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly und (f) 5 Gly.