Bis (trifluorometanossulfonil) imida de lítio, comumente conhecida como LiTFSI, e seus análogos, são eletrólitos essenciais para baterias de lítio e células solares. Porém, a comercialização de LiTFSI por meio de síntese termoquímica depende do uso de NH₃ intermediários, que envolve múltiplos processos catalíticos e de purificação, levando a emissões substanciais de carbono. Portanto, desenvolver um método para a síntese direta de LiTFSI a partir de N₂ sob condições amenas torna-se particularmente importante.



Em um estudo publicado na Nature Catalysis , A equipe do Prof. Wang Yaobing do Instituto Fujian de Pesquisa sobre a Estrutura da Matéria da Academia Chinesa de Ciências propôs uma estratégia de síntese eletroquímica em cascata baseada em Li – N₂ baterias e alcançou síntese eletroquímica eficiente de vários compostos contendo nitrogênio, incluindo LiTFSI.

A estratégia específica inclui a redução catalítica do N₂ para Li₃ N durante a descarga, acilando Li₃ N para formar LiTFSI e o subproduto LiCl, e oxidar LiCl durante o carregamento para completar o ciclo sintético.

Os pesquisadores demonstraram a redução eletrocatalítica de N₂ para Li₃ N através de técnicas como difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão de baixa temperatura, e confirmou a viabilidade da reação de acilação S – N entre Li₃ N e CF₃ SO₂ Cl através de ressonância magnética nuclear, espectrometria de massa e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. Com base na mudança de cor do laranja de metila de vermelho para incolor durante o processo de carregamento, eles provaram que o subproduto LiCl foi oxidado a Cl₂ .

Os resultados experimentais indicaram que, sob condições otimizadas, a eficiência de redução catalítica do N₂ para Li₃ N atingiu 53,2%, a eficiência de conversão de N₂ para LiTFSI foi de 48,9%, e a eficiência energética da síntese eletroquímica de LiTFSI atingiu 3,0%.

Além disso, os pesquisadores utilizaram um dispositivo de célula de fluxo para alcançar a síntese eletroquímica contínua de LiTFSI, demonstrando o significado prático desta estratégia na produção. Ao expandir o escopo do substrato, eles forneceram um caminho para a síntese eletroquímica direta de análogos com diferentes ligações N – X (X =S, C, etc.) e cátions metálicos (Li ⁺ , Zn ²⁺ , etc.), comprovando a escalabilidade da estratégia.

Este estudo apresenta um esquema abrangente de síntese eletroquímica para a produção prática de produtos químicos contendo nitrogênio, que oferece uma abordagem promissora para sintetizar eletrólitos de alta qualidade com maior eficiência do átomo de nitrogênio.

Mais informações: Xiang Zhang et al, Eletrossíntese em cascata de LiTFSI e análogos contendo N por meio de uma bateria de Li-N2 em loop, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-023-01067-3
Informações do diário: Catálise da Natureza

Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências