Solvation Structure and Dynamics of Mg(TFSI)2 Aqueous Electrolyte

溶剂化 溶剂化壳 电解质 分子动力学 化学 离子 化学物理 水溶液 脉冲场梯度 分子 物理化学 计算化学 无机化学 有机化学 电极
作者
Yu Zhou,Taylor R. Juran,Xinyi Liu,Kee Sung Han,Hui Wang,Karl T. Mueller,Lin Ma,Kang Xu,Tao Li,Larry A. Curtiss,Lei Cheng
出处
期刊:Energy & environmental materials 卷期号:5 (1): 295-304 被引量:16
标识
DOI:10.1002/eem2.12174
摘要

Using ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations, classical molecular dynamics (CMD) simulations, small‐angle X‐ray scattering (SAXS), and pulsed‐field gradient nuclear magnetic resonance (PFG‐NMR), the solvation structure and ion dynamics of magnesium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Mg(TFSI) 2 ) aqueous electrolyte at 1, 2, and 3 m concentrations are investigated. From AIMD and CMD simulations, the first solvation shell of an Mg 2+ ion is found to be composed of six water molecules in an octahedral configuration and the solvation shell is rather rigid. The TFSI − ions prefer to stay in the second solvation shell and beyond. Meanwhile, the comparable diffusion coefficients of positive and negative ions in Mg(TFSI) 2 aqueous electrolytes have been observed, which is mainly due to the formation of the stable [Mg(H 2 O) 6 ] 2+ complex, and, as a result, the increased effective Mg ion size. Finally, the calculated correlated transference numbers are lower than the uncorrelated ones even at the low concentration of 2 and 3 m, suggesting the enhanced correlations between ions in the multivalent electrolytes. This work provides a molecular‐level understanding of how the solvation structure and multivalency of the ion affect the dynamics and transport properties of the multivalent electrolyte, providing insight for rational designs of electrolytes for improved ion transport properties.

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