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开发一种用于有机自由基聚合物阳极中氧化还原活性分子以及作为氧化还原液流阳极电解液的多步筛选程序。

Development of a multi-step screening procedure for redox active molecules in organic radical polymer anodes and as redox flow anolytes.

作者信息

Achazi Andreas J, Fataj Xhesilda, Rohland Philip, Hager Martin D, Schubert Ulrich S, Mollenhauer Doreen

机构信息

Physikalisch-Chemisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen, Gießen, Germany.

Zentrum für Materialforschung, Justus-Liebig-Universität Gießen, Gießen, Germany.

出版信息

J Comput Chem. 2024 May 30;45(14):1112-1129. doi: 10.1002/jcc.27299. Epub 2024 Jan 23.

DOI:10.1002/jcc.27299
PMID:38258532
Abstract

Benzo[d]-X-zolyl-pyridinyl (XO, S, NH) radicals represent a promising class of redox-active molecules for organic batteries. We present a multistep screening procedure to identify the most promising radical candidates. Experimental investigations and highly correlated wave function-based calculations are performed to determine benchmark redox potentials. Based on these, the accuracies of different methods (semi-empirical, density functional theory, wave function-based), solvent models, dispersion corrections, and basis sets are evaluated. The developed screening procedure consists of three steps: First, a conformer search is performed with CREST. The molecules are selected based on the redox potentials calculated using GFN2-xTB. Second, HOMO energies calculated with reparametrized B3LYP-D3(BJ) and the def2-SVP basis set are used as selection criteria. The final molecules are selected based on the redox potentials calculated from Gibbs energies using BP86-D3(BJ)/def2-TZVP. With this multistep screening approach, promising molecules can be suggested for synthesis, and structure-property relationships can be derived.

摘要

苯并[d]-X-唑基-吡啶基(XO、S、NH)自由基是一类很有前景的用于有机电池的氧化还原活性分子。我们提出了一种多步筛选程序,以确定最有前景的自由基候选物。通过实验研究和基于高度相关波函数的计算来确定基准氧化还原电位。在此基础上,评估了不同方法(半经验方法、密度泛函理论、基于波函数的方法)、溶剂模型、色散校正和基组的准确性。所开发的筛选程序包括三个步骤:首先,使用CREST进行构象异构体搜索。根据使用GFN2-xTB计算的氧化还原电位选择分子。其次,使用重新参数化的B3LYP-D3(BJ)和def2-SVP基组计算的最高已占分子轨道(HOMO)能量作为选择标准。最终分子根据使用BP86-D3(BJ)/def2-TZVP从吉布斯自由能计算的氧化还原电位来选择。通过这种多步筛选方法,可以为合成推荐有前景的分子,并得出结构-性质关系。

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