Instability at the Electrode/Electrolyte Interface Induced by Hard Cation Chelation and Nucleophilic Attack

电解质 电化学 无机化学 化学 指示 螯合作用 金属 电化学窗口 电极 离子 亲核细胞 物理化学 有机化学 离子电导率 催化作用
作者
Yi Yu,Artem Baskin,Carlos Valero‐Vidal,Nathan Hahn,Qiang Liu,Kevin R. Zavadil,Bryan W. Eichhorn,David Prendergast,Ethan J. Crumlin
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:29 (19): 8504-8512 被引量:99
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.7b03404
摘要

Electrochemistry is necessarily a science of interfacial processes, and understanding electrode/electrolyte interfaces is essential to controlling electrochemical performance and stability. Undesirable interfacial interactions hinder discovery and development of rational materials combinations. By example, we examine an electrolyte, magnesium(II) bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Mg(TFSI)<sub>2</sub>) dissolved in diglyme, next to the Mg metal anode, which is purported to have a wide window of electrochemical stability. However, even in the absence of any bias, using in situ tender X-ray photoelectron spectroscopy, we discovered an intrinsic interfacial chemical instability of both the solvent and salt, further explained using first-principles calculations as driven by Mg<sup>2+</sup> dication chelation and nucleophilic attack by hydroxide ions. The proposed mechanism appears general to the chemistry near or on metal surfaces in hygroscopic environments with chelation of hard cations and indicates possible synthetic strategies to overcome chemical instability within this class of electrolytes.
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