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Theoretical Insight into the Imidazolium-Based Ionic Liquid Interface Structure and Differential Capacitance on Au(111): Effects of the Cationic Substituent Group
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2023-09-26 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c01381 Yue Wang 1, 2, 3 , Guocai Tian 1, 2
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2023-09-26 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c01381 Yue Wang 1, 2, 3 , Guocai Tian 1, 2
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Electric double layers (EDLs) play a key role in the electrochemical and energy storage of supercapacitors. It is important to understand the structure and properties of EDLs. In this work, quantum chemical calculations and molecular dynamics (MD) simulations are used to study the microstructure of EDLs of four different substituents of imidazolium-based bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ionic liquids (ILs) on the Au(111) surface. It is shown that the particle interactions influence the different arrangements of the anion and cation. More alkyl substitutions and longer alkyl chains result in a higher ELUMO and thus a stronger interaction energy between cations and electrodes. Strong interactions produce linear patterns of anions/cations on the electrode and a maximum value of differential capacitance near PZC, whereas weak interactions generate worm-like patterns of anions/cations on Au(111) and a minimum value of differential capacitance near the PZC. We hold the opinion that the alkyl substitution has more effects on the EDLs. Our analysis provides a new perspective on EDLs structures at the atomic and molecular level. This study provides a good basis and guidance for further understanding the interface phenomena and characteristics of ionic liquids in electrochemical and energy device applications.
中文翻译：
咪唑基离子液体界面结构和 Au(111) 微分电容的理论见解：阳离子取代基的影响
双电层（EDL）在超级电容器的电化学和能量存储中发挥着关键作用。了解 EDL 的结构和特性非常重要。在这项工作中，采用量子化学计算和分子动力学（MD）模拟来研究Au（111）表面上咪唑基双（三氟甲基磺酰）亚胺离子液体（IL）的四种不同取代基的EDL的微观结构。结果表明，粒子相互作用影响阴离子和阳离子的不同排列。更多的烷基取代和更长的烷基链导致更高的E LUMO，从而导致阳离子和电极之间更强的相互作用能。强相互作用产生电极上阴离子/阳离子的线性模式以及PZC附近差分电容的最大值，而弱相互作用产生Au(111)上阴离子/阳离子的蠕虫状模式以及PZC附近差分电容的最小值。我们认为烷基取代对 EDL 的影响更大。我们的分析为原子和分子水平上的 EDL 结构提供了新的视角。该研究为进一步了解离子液体在电化学和能源器件应用中的界面现象和特性提供了良好的基础和指导。
更新日期：2023-09-26
中文翻译：
咪唑基离子液体界面结构和 Au(111) 微分电容的理论见解：阳离子取代基的影响
双电层（EDL）在超级电容器的电化学和能量存储中发挥着关键作用。了解 EDL 的结构和特性非常重要。在这项工作中，采用量子化学计算和分子动力学（MD）模拟来研究Au（111）表面上咪唑基双（三氟甲基磺酰）亚胺离子液体（IL）的四种不同取代基的EDL的微观结构。结果表明，粒子相互作用影响阴离子和阳离子的不同排列。更多的烷基取代和更长的烷基链导致更高的E LUMO，从而导致阳离子和电极之间更强的相互作用能。强相互作用产生电极上阴离子/阳离子的线性模式以及PZC附近差分电容的最大值，而弱相互作用产生Au(111)上阴离子/阳离子的蠕虫状模式以及PZC附近差分电容的最小值。我们认为烷基取代对 EDL 的影响更大。我们的分析为原子和分子水平上的 EDL 结构提供了新的视角。该研究为进一步了解离子液体在电化学和能源器件应用中的界面现象和特性提供了良好的基础和指导。
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