Solvation Structure of Methanol-in-Salt Electrolyte Revealed by Small-Angle X-ray Scattering and Simulations

溶剂化 小角X射线散射 分子动力学 电解质 散射 化学物理 材料科学 中子散射 结晶学 化学 离子 物理化学 计算化学 有机化学 物理 光学 电极
作者
Xingyi Lyu,Haimeng Wang,Xinyi Liu,Lilin He,Changwoo Do,Sönke Seifert,Randall E. Winans,Lei Cheng,Tao Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (9): 7037-7045 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10469
摘要

The solvation structure of water-in-salt electrolytes was thoroughly studied, and two competing structures─anion solvated structure and anion network─were well-defined in recent publications. To further reveal the solvation structure in those highly concentrated electrolytes, particularly the influence of solvent, methanol was chosen as the solvent for this proposed study. In this work, small-angle X-ray scattering, small-angle neutron scattering, Fourier-transform infrared spectroscopy, and Raman spectroscopy were utilized to obtain the global and local structural information. With the concentration increment, the anion network formed by TFSI– became the dominant structure. Meanwhile, the hydrogen bonds among methanol were interrupted by the TFSI– anion and formed a new connection with them. Molecular dynamic simulations with two different force fields (GAFF and OPLS-AA) are tested, and GAFF agreed with synchrotron small-angle X-ray scattering/wide-angle X-ray scattering (SAXS/WAXS) results well and provided insightful information about molecular/ion scale solvation structure. This article not only deepens the understanding of the solvation structure in highly concentrated solutions, but more importantly, it provides additional strong evidence for utilizing SAXS/WAXS to validate molecular dynamics simulations.
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