Cảm ơn bạn đã truy cập nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới nhất (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Ngoài ra, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, trang web này sẽ không bao gồm các kiểu định dạng hoặc JavaScript.
Do nguồn tài nguyên natri dồi dào, pin ion natri (NIB) представляют một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho việc lưu trữ năng lượng điện hóa. Hiện nay, trở ngại chính trong sự phát triển công nghệ NIB là thiếu vật liệu điện cực có thể lưu trữ/giải phóng ion natri một cách thuận nghịch trong thời gian dài. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là điều tra lý thuyết về ảnh hưởng của việc bổ sung glycerol vào hỗn hợp polyvinyl alcohol (PVA) và natri alginate (NaAlg) làm vật liệu điện cực NIB. Nghiên cứu này tập trung vào các đặc tính điện tử, nhiệt và mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính định lượng (QSAR) của chất điện phân polymer dựa trên hỗn hợp PVA, natri alginate và glycerol. Các đặc tính này được nghiên cứu bằng phương pháp bán thực nghiệm và lý thuyết hàm mật độ (DFT). Vì phân tích cấu trúc đã tiết lộ chi tiết về sự tương tác giữa PVA/alginate và glycerol, năng lượng vùng cấm (Eg) đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy việc bổ sung glycerol làm giảm giá trị Eg xuống còn 0,2814 eV. Bề mặt điện thế tĩnh điện phân tử (MESP) thể hiện sự phân bố các vùng giàu electron và nghèo electron cũng như điện tích phân tử trong toàn bộ hệ thống chất điện giải. Các thông số nhiệt được nghiên cứu bao gồm enthalpy (H), entropy (ΔS), nhiệt dung riêng (Cp), năng lượng tự do Gibbs (G) và nhiệt tạo thành. Ngoài ra, một số chỉ số mô tả mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính định lượng (QSAR) như tổng momen lưỡng cực (TDM), tổng năng lượng (E), thế ion hóa (IP), Log P và độ phân cực cũng được nghiên cứu trong nghiên cứu này. Kết quả cho thấy H, ΔS, Cp, G và TDM tăng lên khi nhiệt độ và hàm lượng glycerol tăng. Đồng thời, nhiệt tạo thành, IP và E giảm, giúp cải thiện khả năng phản ứng và độ phân cực. Thêm vào đó, bằng cách thêm glycerol, điện áp của pin tăng lên 2,488 V. Các phép tính DFT và PM6 dựa trên chất điện giải PVA/Na Alg gốc glycerol tiết kiệm chi phí cho thấy chúng có thể thay thế một phần pin lithium-ion nhờ tính đa chức năng, nhưng cần có những cải tiến và nghiên cứu sâu hơn.
Mặc dù pin lithium-ion (LIB) được sử dụng rộng rãi, nhưng ứng dụng của chúng vẫn gặp nhiều hạn chế do tuổi thọ chu kỳ ngắn, chi phí cao và các vấn đề về an toàn. Pin natri-ion (SIB) có thể trở thành một lựa chọn thay thế khả thi cho LIB nhờ tính sẵn có rộng rãi, chi phí thấp và tính không độc hại của nguyên tố natri. Pin natri-ion (SIB) đang trở thành một hệ thống lưu trữ năng lượng ngày càng quan trọng cho các thiết bị điện hóa¹. Pin natri-ion phụ thuộc rất nhiều vào chất điện phân để tạo điều kiện vận chuyển ion và tạo ra dòng điện^2,3. Chất điện phân lỏng chủ yếu bao gồm các muối kim loại và dung môi hữu cơ. Các ứng dụng thực tế đòi hỏi phải xem xét cẩn thận tính an toàn của chất điện phân lỏng, đặc biệt khi pin chịu ứng suất nhiệt hoặc điện⁴.
Pin ion natri (SIB) dự kiến ​​sẽ thay thế pin ion lithium trong tương lai gần nhờ nguồn dự trữ dồi dào trong đại dương, tính không độc hại và chi phí vật liệu thấp. Việc tổng hợp vật liệu nano đã thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị lưu trữ dữ liệu, điện tử và quang học. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh ứng dụng của các cấu trúc nano khác nhau (ví dụ: oxit kim loại, graphene, ống nano và fullerene) trong pin ion natri. Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển vật liệu cực dương, bao gồm cả polyme, cho pin ion natri do tính linh hoạt và thân thiện với môi trường của chúng. Sự quan tâm nghiên cứu trong lĩnh vực pin polyme sạc lại chắc chắn sẽ tăng lên. Các vật liệu điện cực polyme mới với cấu trúc và tính chất độc đáo có khả năng mở đường cho các công nghệ lưu trữ năng lượng thân thiện với môi trường. Mặc dù nhiều vật liệu điện cực polyme khác nhau đã được nghiên cứu để sử dụng trong pin ion natri, lĩnh vực này vẫn đang ở giai đoạn phát triển ban đầu. Đối với pin ion natri, cần phải nghiên cứu thêm nhiều vật liệu polyme với cấu hình cấu trúc khác nhau. Dựa trên kiến ​​thức hiện tại của chúng ta về cơ chế lưu trữ ion natri trong vật liệu điện cực polymer, có thể giả thuyết rằng các nhóm cacbonyl, gốc tự do và dị nguyên tử trong hệ liên hợp có thể đóng vai trò là các vị trí hoạt động để tương tác với ion natri. Do đó, việc phát triển các loại polymer mới với mật độ cao các vị trí hoạt động này là rất quan trọng. Chất điện phân polymer dạng gel (GPE) là một công nghệ thay thế giúp cải thiện độ tin cậy của pin, khả năng dẫn ion, không rò rỉ, độ linh hoạt cao và hiệu suất tốt¹².
Ma trận polymer bao gồm các vật liệu như PVA và polyetylen oxit (PEO)13. Polymer thấm gel (GPE) cố định chất điện giải lỏng trong ma trận polymer, giúp giảm nguy cơ rò rỉ so với các màng ngăn thương mại14. PVA là một polymer tổng hợp có khả năng phân hủy sinh học. Nó có độ điện môi cao, giá thành rẻ và không độc hại. Vật liệu này nổi tiếng với các đặc tính tạo màng, độ ổn định hóa học và độ bám dính. Nó cũng sở hữu các nhóm chức (OH) và mật độ tiềm năng liên kết chéo cao15,16,17. Các kỹ thuật pha trộn polymer, thêm chất hóa dẻo, thêm vật liệu composite và trùng hợp tại chỗ đã được sử dụng để cải thiện độ dẫn điện của chất điện giải polymer gốc PVA nhằm giảm độ kết tinh của ma trận và tăng tính linh hoạt của chuỗi18,19,20.
Pha trộn là một phương pháp quan trọng để phát triển vật liệu polyme cho các ứng dụng công nghiệp. Hỗn hợp polyme thường được sử dụng để: (1) cải thiện các đặc tính xử lý của polyme tự nhiên trong các ứng dụng công nghiệp; (2) cải thiện các đặc tính hóa học, vật lý và cơ học của vật liệu phân hủy sinh học; và (3) thích ứng với nhu cầu thay đổi nhanh chóng về vật liệu mới trong ngành công nghiệp bao bì thực phẩm. Không giống như đồng trùng hợp, pha trộn polyme là một quy trình chi phí thấp sử dụng các quy trình vật lý đơn giản thay vì các quy trình hóa học phức tạp để đạt được các đặc tính mong muốn21. Để tạo thành polyme đồng nhất, các polyme khác nhau có thể tương tác thông qua lực lưỡng cực, liên kết hydro hoặc phức chất chuyển điện tích22,23. Hỗn hợp được tạo ra từ polyme tự nhiên và tổng hợp có thể kết hợp khả năng tương thích sinh học tốt với các đặc tính cơ học tuyệt vời, tạo ra một vật liệu vượt trội với chi phí sản xuất thấp24,25. Do đó, đã có sự quan tâm lớn đến việc tạo ra các vật liệu polyme có liên quan đến sinh học bằng cách pha trộn polyme tổng hợp và tự nhiên. PVA có thể được kết hợp với natri alginat (NaAlg), cellulose, chitosan và tinh bột26.
Natri alginat là một polyme tự nhiên và polysaccharid anion được chiết xuất từ ​​tảo nâu biển. Natri alginat bao gồm axit D-mannuronic (M) liên kết β-(1-4) và axit L-guluronic (G) liên kết α-(1-4) được sắp xếp thành các dạng đồng polyme (poly-M và poly-G) và các khối dị polyme (MG hoặc GM)27. Hàm lượng và tỷ lệ tương đối của các khối M và G có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất hóa học và vật lý của alginat28,29. Natri alginat được sử dụng và nghiên cứu rộng rãi do khả năng phân hủy sinh học, tương thích sinh học, chi phí thấp, tính chất tạo màng tốt và không độc hại. Tuy nhiên, một lượng lớn nhóm hydroxyl (OH) và carboxylate (COO) tự do trong chuỗi alginat làm cho alginat có tính ưa nước cao. Tuy nhiên, alginat có tính chất cơ học kém do tính giòn và cứng của nó. Do đó, alginate có thể được kết hợp với các vật liệu tổng hợp khác để cải thiện khả năng chống nước và tính chất cơ học30,31.
Trước khi thiết kế vật liệu điện cực mới, các phép tính DFT thường được sử dụng để đánh giá tính khả thi chế tạo của các vật liệu mới. Ngoài ra, các nhà khoa học sử dụng mô hình phân tử để xác nhận và dự đoán kết quả thí nghiệm, tiết kiệm thời gian, giảm thiểu chất thải hóa học và dự đoán hành vi tương tác32. Mô hình phân tử đã trở thành một nhánh khoa học mạnh mẽ và quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm khoa học vật liệu, vật liệu nano, hóa học tính toán và khám phá thuốc33,34. Sử dụng các chương trình mô hình hóa, các nhà khoa học có thể trực tiếp thu được dữ liệu phân tử, bao gồm năng lượng (nhiệt tạo thành, thế ion hóa, năng lượng hoạt hóa, v.v.) và hình học (góc liên kết, chiều dài liên kết và góc xoắn)35. Ngoài ra, các tính chất điện tử (điện tích, năng lượng khe hở băng HOMO và LUMO, ái lực electron), tính chất quang phổ (các chế độ dao động đặc trưng và cường độ như phổ FTIR) và tính chất khối (thể tích, khuếch tán, độ nhớt, mô đun, v.v.)36 cũng có thể được tính toán.
LiNiPO4 thể hiện những ưu điểm tiềm năng khi cạnh tranh với các vật liệu điện cực dương của pin lithium-ion nhờ mật độ năng lượng cao (điện áp hoạt động khoảng 5,1 V). Để khai thác tối đa ưu điểm của LiNiPO4 ở vùng điện áp cao, cần phải giảm điện áp hoạt động vì chất điện phân điện áp cao hiện nay chỉ có thể duy trì tương đối ổn định ở điện áp dưới 4,8 V. Zhang và cộng sự đã nghiên cứu việc pha tạp tất cả các kim loại chuyển tiếp 3d, 4d và 5d vào vị trí Ni của LiNiPO4, lựa chọn các kiểu pha tạp có hiệu suất điện hóa tuyệt vời và điều chỉnh điện áp hoạt động của LiNiPO4 trong khi vẫn duy trì sự ổn định tương đối của hiệu suất điện hóa. Điện áp hoạt động thấp nhất mà họ thu được lần lượt là 4,21, 3,76 và 3,5037 đối với LiNiPO4 pha tạp Ti, Nb và Ta.
Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là điều tra về mặt lý thuyết ảnh hưởng của glycerol như một chất hóa dẻo lên các tính chất điện tử, các thông số QSAR và tính chất nhiệt của hệ PVA/NaAlg bằng cách sử dụng các phép tính cơ học lượng tử để ứng dụng trong pin ion-ion sạc lại. Tương tác phân tử giữa mô hình PVA/NaAlg và glycerol được phân tích bằng lý thuyết nguyên tử lượng tử của Bader về phân tử (QTAIM).
Một mô hình phân tử đại diện cho sự tương tác của PVA với NaAlg và sau đó với glycerol đã được tối ưu hóa bằng phương pháp DFT. Mô hình được tính toán bằng phần mềm Gaussian 0938 tại Khoa Quang phổ, Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia, Cairo, Ai Cập. Các mô hình được tối ưu hóa bằng phương pháp DFT ở mức B3LYP/6-311G(d, p)39,40,41,42. Để xác minh sự tương tác giữa các mô hình được nghiên cứu, các nghiên cứu tần số được thực hiện ở cùng mức độ lý thuyết cho thấy tính ổn định của hình học được tối ưu hóa. Sự vắng mặt của các tần số âm trong số tất cả các tần số được đánh giá làm nổi bật cấu trúc suy luận nằm ở các cực tiểu dương thực sự trên bề mặt năng lượng tiềm năng. Các thông số vật lý như TDM, năng lượng khe hở băng HOMO/LUMO và MESP được tính toán ở cùng mức độ lý thuyết cơ học lượng tử. Ngoài ra, một số thông số nhiệt như nhiệt tạo thành cuối cùng, năng lượng tự do, entropy, enthalpy và nhiệt dung riêng đã được tính toán bằng cách sử dụng các công thức được đưa ra trong Bảng 1. Các mô hình được nghiên cứu đã được phân tích bằng lý thuyết lượng tử về nguyên tử trong phân tử (QTAIM) để xác định các tương tác xảy ra trên bề mặt của các cấu trúc được nghiên cứu. Các phép tính này được thực hiện bằng cách sử dụng lệnh “output=wfn” trong mã phần mềm Gaussian 09 và sau đó được hiển thị bằng mã phần mềm Avogadro43.
Trong đó E là năng lượng nội tại, P là áp suất, V là thể tích, Q là sự trao đổi nhiệt giữa hệ thống và môi trường xung quanh, T là nhiệt độ, ΔH là sự thay đổi enthalpy, ΔG là sự thay đổi năng lượng tự do, ΔS là sự thay đổi entropy, a và b là các tham số dao động, q là điện tích nguyên tử và C là mật độ electron nguyên tử44,45. Cuối cùng, các cấu trúc tương tự đã được tối ưu hóa và các tham số QSAR được tính toán ở mức PM6 bằng phần mềm SCIGRESS46 tại Khoa Quang phổ của Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia ở Cairo, Ai Cập.
Trong công trình trước đây của chúng tôi47, chúng tôi đã đánh giá mô hình khả thi nhất mô tả sự tương tác của ba đơn vị PVA với hai đơn vị NaAlg, với glycerol đóng vai trò là chất hóa dẻo. Như đã đề cập ở trên, có hai khả năng cho sự tương tác giữa PVA và NaAlg. Hai mô hình, được ký hiệu là 3PVA-2Na Alg (dựa trên số lượng carbon là 10) và Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg, có giá trị khoảng cách năng lượng nhỏ nhất48 so với các cấu trúc khác được xem xét. Do đó, ảnh hưởng của việc bổ sung Gly vào mô hình khả thi nhất của polyme hỗn hợp PVA/Na Alg đã được nghiên cứu bằng cách sử dụng hai cấu trúc sau: 3PVA-(C10)2Na Alg (được gọi đơn giản là 3PVA-2Na Alg) và Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg. Theo tài liệu, PVA, NaAlg và glycerol chỉ có thể tạo thành các liên kết hydro yếu giữa các nhóm chức hydroxyl. Vì cả trimer PVA và đimer NaAlg và glycerol đều chứa một số nhóm OH, nên sự tiếp xúc có thể được thực hiện thông qua một trong các nhóm OH. Hình 1 thể hiện sự tương tác giữa phân tử glycerol mẫu và phân tử mẫu 3PVA-2Na Alg, và Hình 2 thể hiện mô hình được xây dựng về sự tương tác giữa phân tử mẫu Term 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg và các nồng độ glycerol khác nhau.
Cấu trúc tối ưu: (a) Gly và 3PVA − 2Na Alg tương tác với (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly và (f) 5 Gly.
Cấu trúc tối ưu của Term 1Na Alg- 3PVA –Mid 1Na Alg tương tác với (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly và (f) 6 Gly.
Năng lượng khe hở băng electron là một thông số quan trọng cần xem xét khi nghiên cứu khả năng phản ứng của bất kỳ vật liệu điện cực nào. Bởi vì nó mô tả hành vi của các electron khi vật liệu chịu tác động của các thay đổi bên ngoài. Do đó, cần thiết phải ước tính năng lượng khe hở băng electron của HOMO/LUMO cho tất cả các cấu trúc được nghiên cứu. Bảng 2 cho thấy sự thay đổi năng lượng HOMO/LUMO của 3PVA-(C10)2Na Alg và Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg do việc bổ sung glycerol. Theo tài liệu tham khảo 47, giá trị Eg của 3PVA-(C10)2Na Alg là 0,2908 eV, trong khi giá trị Eg của cấu trúc phản ánh xác suất tương tác thứ hai (tức là Term 1Na Alg − 3PVA- Mid 1Na Alg) là 0,5706 eV.
Tuy nhiên, người ta nhận thấy rằng việc thêm glycerol dẫn đến sự thay đổi nhỏ trong giá trị Eg của 3PVA-(C10)2Na Alg. Khi 3PVA-(C10)2NaAlg tương tác với 1, 2, 3, 4 và 5 đơn vị glycerol, giá trị Eg của nó lần lượt trở thành 0,302, 0,299, 0,308, 0,289 và 0,281 eV. Tuy nhiên, có một phát hiện quan trọng là sau khi thêm 3 đơn vị glycerol, giá trị Eg trở nên nhỏ hơn so với 3PVA-(C10)2Na Alg. Mô hình biểu diễn sự tương tác của 3PVA-(C10)2Na Alg với năm đơn vị glycerol là mô hình tương tác có khả năng xảy ra cao nhất. Điều này có nghĩa là khi số lượng đơn vị glycerol tăng lên, xác suất tương tác cũng tăng lên.
Trong khi đó, đối với xác suất tương tác thứ hai, năng lượng HOMO/LUMO của các phân tử mô hình đại diện cho Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 2Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 3Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 4Gly, Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 5Gly và Term 1Na Alg − 3PVA –Mid 1Na Alg- 6Gly lần lượt là 1,343, 1,347, 0,976, 0,607, 0,348 và 0,496 eV. Bảng 2 trình bày năng lượng khe hở băng HOMO/LUMO được tính toán cho tất cả các cấu trúc. Hơn nữa, hành vi tương tự của xác suất tương tác của nhóm đầu tiên cũng được lặp lại ở đây.
Lý thuyết dải năng lượng trong vật lý chất rắn cho rằng khi độ rộng vùng cấm của vật liệu điện cực giảm, độ dẫn điện tử của vật liệu sẽ tăng lên. Pha tạp là một phương pháp phổ biến để giảm độ rộng vùng cấm của vật liệu catốt ion natri. Jiang và cộng sự đã sử dụng phương pháp pha tạp Cu để cải thiện độ dẫn điện tử của vật liệu lớp β-NaMnO2. Bằng cách sử dụng các phép tính DFT, họ nhận thấy rằng việc pha tạp đã làm giảm độ rộng vùng cấm của vật liệu từ 0,7 eV xuống 0,3 eV. Điều này cho thấy rằng việc pha tạp Cu cải thiện độ dẫn điện tử của vật liệu β-NaMnO2.
MESP được định nghĩa là năng lượng tương tác giữa sự phân bố điện tích phân tử và một điện tích dương đơn lẻ. MESP được coi là một công cụ hiệu quả để hiểu và giải thích các tính chất hóa học và khả năng phản ứng. MESP có thể được sử dụng để hiểu các cơ chế tương tác giữa các vật liệu polyme. MESP mô tả sự phân bố điện tích bên trong hợp chất đang được nghiên cứu. Ngoài ra, MESP cung cấp thông tin về các vị trí hoạt động trong các vật liệu đang được nghiên cứu32. Hình 3 hiển thị các đồ thị MESP của 3PVA-(C10) 2Na Alg, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10) 2Na Alg − 4Gly và 3PVA-(C10) 2Na Alg − 5Gly được dự đoán ở mức lý thuyết B3LYP/6-311G(d, p).
Đường đồng mức MESP được tính toán bằng B3LYP/6-311 g(d, p) cho (a) Gly và 3PVA − 2Na Alg tương tác với (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly và (f) 5 Gly.
Trong khi đó, Hình 4 thể hiện kết quả tính toán MESP cho các cặp Term 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg- 1Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 2Gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 3gly, Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 4Gly, Term 1Na Alg- 3PVA – Mid 1Na Alg- 5gly và Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg − 6Gly. MESP được tính toán được biểu diễn dưới dạng đường đồng mức. Các đường đồng mức được biểu thị bằng các màu khác nhau. Mỗi màu đại diện cho một giá trị độ âm điện khác nhau. Màu đỏ biểu thị các vị trí có độ âm điện cao hoặc có khả năng phản ứng mạnh. Trong khi đó, màu vàng biểu thị các vị trí trung tính 49, 50, 51 trong cấu trúc. Kết quả MESP cho thấy khả năng phản ứng của 3PVA-(C10)2Na Alg tăng lên khi màu đỏ xung quanh các mô hình nghiên cứu tăng lên. Đồng thời, cường độ màu đỏ trong bản đồ MESP của phân tử mô hình Term 1Na Alg-3PVA – Mid 1Na Alg giảm do tương tác với hàm lượng glycerol khác nhau. Sự thay đổi trong phân bố màu đỏ xung quanh cấu trúc đề xuất phản ánh khả năng phản ứng, trong khi sự tăng cường độ xác nhận sự tăng độ âm điện của phân tử mô hình 3PVA-(C10)2Na Alg do sự tăng hàm lượng glycerol.
B3LYP/6-311 g(d, p) tính toán MESP Term của 1Na Alg-3PVA-Mid 1Na Alg tương tác với (a) 1 Gly, (b) 2 Gly, (c) 3 Gly, (d) 4 Gly, (e) 5 Gly và (f) 6 Gly.
Tất cả các cấu trúc được đề xuất đều có các thông số nhiệt như enthalpy, entropy, dung lượng nhiệt, năng lượng tự do và nhiệt tạo thành được tính toán ở các nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 200 K đến 500 K. Để mô tả hành vi của các hệ vật lý, ngoài việc nghiên cứu hành vi điện tử của chúng, cần phải nghiên cứu cả hành vi nhiệt của chúng theo hàm nhiệt độ do sự tương tác giữa chúng, có thể được tính toán bằng các phương trình được đưa ra trong Bảng 1. Việc nghiên cứu các thông số nhiệt này được coi là một chỉ số quan trọng về khả năng phản ứng và tính ổn định của các hệ vật lý đó ở các nhiệt độ khác nhau.
Đối với enthalpy của trimer PVA, nó phản ứng đầu tiên với đimer NaAlg, sau đó thông qua nhóm OH gắn với nguyên tử carbon số 10, và cuối cùng với glycerol. Enthalpy là thước đo năng lượng trong một hệ thống nhiệt động lực học. Enthalpy bằng tổng nhiệt lượng trong một hệ thống, tương đương với năng lượng nội tại của hệ thống cộng với tích của thể tích và áp suất của nó. Nói cách khác, enthalpy cho thấy lượng nhiệt và công được thêm vào hoặc loại bỏ khỏi một chất⁵².
Hình 5 thể hiện sự thay đổi enthalpy trong phản ứng của 3PVA-(C10)2Na Alg với các nồng độ glycerol khác nhau. Các chữ viết tắt A0, A1, A2, A3, A4 và A5 lần lượt đại diện cho các phân tử mẫu 3PVA-(C10)2Na Alg, 3PVA-(C10)2Na Alg − 1 Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly và 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly. Hình 5a cho thấy enthalpy tăng lên khi nhiệt độ và hàm lượng glycerol tăng. Nhiệt dung của cấu trúc biểu diễn 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly (tức là A5) ở 200 K là 27,966 cal/mol, trong khi nhiệt dung của cấu trúc biểu diễn 3PVA-2NaAlg ở 200 K là 13,490 cal/mol. Cuối cùng, vì nhiệt dung dương nên phản ứng này là phản ứng thu nhiệt.
Entropy được định nghĩa là thước đo năng lượng không khả dụng trong một hệ thống nhiệt động kín và thường được coi là thước đo sự hỗn loạn của hệ thống. Hình 5b cho thấy sự thay đổi entropy của 3PVA-(C10)2NaAlg theo nhiệt độ và cách nó tương tác với các đơn vị glycerol khác nhau. Đồ thị cho thấy entropy thay đổi tuyến tính khi nhiệt độ tăng từ 200 K đến 500 K. Hình 5b cho thấy rõ ràng rằng entropy của mô hình 3PVA-(C10)2NaAlg có xu hướng đạt 200 cal/K/mol ở 200 K vì mô hình 3PVA-(C10)2NaAlg thể hiện sự rối loạn mạng tinh thể ít hơn. Khi nhiệt độ tăng, mô hình 3PVA-(C10)2NaAlg trở nên rối loạn hơn và giải thích sự tăng entropy khi nhiệt độ tăng. Hơn nữa, rõ ràng là cấu trúc 3PVA-C102NaAlg-5Gly có giá trị entropy cao nhất.
Hiện tượng tương tự cũng được quan sát thấy trong Hình 5c, thể hiện sự thay đổi dung lượng nhiệt theo nhiệt độ. Dung lượng nhiệt là lượng nhiệt cần thiết để thay đổi nhiệt độ của một lượng chất nhất định lên 1 °C47. Hình 5c cho thấy sự thay đổi dung lượng nhiệt của phân tử mẫu 3PVA-(C10)2NaAlg do tương tác với 1, 2, 3, 4 và 5 đơn vị glycerol. Hình vẽ cho thấy dung lượng nhiệt của mẫu 3PVA-(C10)2NaAlg tăng tuyến tính với nhiệt độ. Sự gia tăng dung lượng nhiệt quan sát được khi nhiệt độ tăng được cho là do dao động nhiệt phonon. Ngoài ra, có bằng chứng cho thấy việc tăng hàm lượng glycerol dẫn đến sự gia tăng dung lượng nhiệt của mẫu 3PVA-(C10)2NaAlg. Hơn nữa, cấu trúc cho thấy 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly có giá trị dung lượng nhiệt cao nhất so với các cấu trúc khác.
Các thông số khác như năng lượng tự do và nhiệt tạo thành cuối cùng đã được tính toán cho các cấu trúc nghiên cứu và được thể hiện trong Hình 5d và 5e tương ứng. Nhiệt tạo thành cuối cùng là nhiệt lượng tỏa ra hoặc hấp thụ trong quá trình hình thành một chất tinh khiết từ các nguyên tố cấu thành của nó dưới áp suất không đổi. Năng lượng tự do có thể được định nghĩa là một thuộc tính tương tự như năng lượng, tức là giá trị của nó phụ thuộc vào lượng chất ở mỗi trạng thái nhiệt động. Năng lượng tự do và nhiệt tạo thành của 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly là thấp nhất và lần lượt là -1318,338 và -1628,154 kcal/mol. Ngược lại, cấu trúc đại diện cho 3PVA-(C10)2NaAlg có giá trị năng lượng tự do và nhiệt tạo thành cao nhất, lần lượt là -690,340 và -830,673 kcal/mol, so với các cấu trúc khác. Như thể hiện trong Hình 5, các tính chất nhiệt khác nhau đã thay đổi do tương tác với glycerol. Năng lượng tự do Gibbs là âm, cho thấy cấu trúc được đề xuất là ổn định.
PM6 đã tính toán các thông số nhiệt của 3PVA- (C10) 2Na Alg nguyên chất (mẫu A0), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 1 Gly (mẫu A1), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 2 Gly (mẫu A2), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 3 Gly (mẫu A3), 3PVA- (C10) 2Na Alg − 4 Gly (mẫu A4) và 3PVA- (C10) 2Na Alg − 5 Gly (mẫu A5), trong đó (a) là enthalpy, (b) là entropy, (c) là nhiệt dung riêng, (d) là năng lượng tự do và (e) là nhiệt tạo thành.
Mặt khác, chế độ tương tác thứ hai giữa trimer PVA và dimer NaAlg xảy ra ở các nhóm OH đầu cuối và giữa trong cấu trúc trimer PVA. Cũng như ở nhóm đầu tiên, các thông số nhiệt được tính toán bằng cùng một mức độ lý thuyết. Hình 6a-e cho thấy sự biến đổi của enthalpy, entropy, nhiệt dung, năng lượng tự do và cuối cùng là nhiệt tạo thành. Hình 6a-c cho thấy enthalpy, entropy và nhiệt dung của Term 1 NaAlg-3PVA-Mid 1 NaAlg thể hiện hành vi tương tự như nhóm đầu tiên khi tương tác với 1, 2, 3, 4, 5 và 6 đơn vị glycerol. Hơn nữa, giá trị của chúng tăng dần khi nhiệt độ tăng. Ngoài ra, trong mô hình Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg được đề xuất, giá trị enthalpy, entropy và nhiệt dung tăng lên khi hàm lượng glycerol tăng. Các chữ viết tắt B0, B1, B2, B3, B4, B5 và B6 lần lượt đại diện cho các cấu trúc sau: Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 1 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 2gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 3gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 4 Gly, Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 5 Gly và Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly. Như thể hiện trong Hình 6a–c, rõ ràng là các giá trị enthalpy, entropy và nhiệt dung riêng tăng lên khi số lượng đơn vị glycerol tăng từ 1 đến 6.
PM6 đã tính toán các thông số nhiệt của Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg nguyên chất (mẫu B0), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 1 Gly (mẫu B1), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 2 Gly (mẫu B2), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 3 Gly (mẫu B3), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 4 Gly (mẫu B4), Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 5 Gly (mẫu B5) và Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg – 6 Gly (mẫu B6), bao gồm (a) enthalpy, (b) entropy, (c) nhiệt dung riêng, (d) năng lượng tự do và (e) nhiệt tạo thành.
Ngoài ra, cấu trúc đại diện cho Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg- 6 Gly có giá trị enthalpy, entropy và nhiệt dung riêng cao nhất so với các cấu trúc khác. Trong đó, các giá trị này tăng từ 16,703 cal/mol, 257,990 cal/mol/K và 131,323 kcal/mol trong Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg lên 33,223 cal/mol, 420,038 cal/mol/K và 275,923 kcal/mol trong Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly, tương ứng.
Tuy nhiên, Hình 6d và 6e cho thấy sự phụ thuộc của năng lượng tự do và nhiệt tạo thành cuối cùng (HF) vào nhiệt độ. HF được định nghĩa là sự thay đổi enthalpy xảy ra khi một mol chất được hình thành từ các nguyên tố của nó trong điều kiện tự nhiên và tiêu chuẩn. Từ hình vẽ, có thể thấy rõ rằng năng lượng tự do và nhiệt tạo thành cuối cùng của tất cả các cấu trúc được nghiên cứu đều thể hiện sự phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ, tức là chúng tăng dần và tuyến tính khi nhiệt độ tăng. Ngoài ra, hình vẽ cũng xác nhận rằng cấu trúc đại diện cho Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly có năng lượng tự do thấp nhất và HF thấp nhất. Cả hai thông số đều giảm từ -758,337 đến -899,741 K cal/mol trong Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg − 6 Gly xuống còn -1.476,591 và -1.828,523 K cal/mol. Kết quả cho thấy rõ ràng rằng HF giảm khi số lượng đơn vị glycerol tăng. Điều này có nghĩa là do sự gia tăng các nhóm chức, khả năng phản ứng cũng tăng lên và do đó cần ít năng lượng hơn để thực hiện phản ứng. Điều này khẳng định rằng PVA/NaAlg dẻo hóa có thể được sử dụng trong pin nhờ khả năng phản ứng cao của nó.
Nhìn chung, ảnh hưởng của nhiệt độ được chia thành hai loại: ảnh hưởng của nhiệt độ thấp và ảnh hưởng của nhiệt độ cao. Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp chủ yếu được cảm nhận ở các quốc gia nằm ở vĩ độ cao, chẳng hạn như Greenland, Canada và Nga. Vào mùa đông, nhiệt độ không khí bên ngoài ở những nơi này thấp hơn 0 độ C. Tuổi thọ và hiệu suất của pin lithium-ion có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ thấp, đặc biệt là những pin được sử dụng trong xe điện lai sạc điện, xe điện thuần túy và xe điện lai. Du hành vũ trụ là một môi trường lạnh khác đòi hỏi pin lithium-ion. Ví dụ, nhiệt độ trên sao Hỏa có thể giảm xuống -120 độ C, điều này gây ra trở ngại đáng kể cho việc sử dụng pin lithium-ion trong tàu vũ trụ. Nhiệt độ hoạt động thấp có thể dẫn đến giảm tốc độ truyền điện tích và hoạt động phản ứng hóa học của pin lithium-ion, dẫn đến giảm tốc độ khuếch tán của các ion lithium bên trong điện cực và độ dẫn ion trong chất điện phân. Sự suy giảm này dẫn đến giảm dung lượng năng lượng và công suất, và đôi khi thậm chí làm giảm hiệu suất53.
Hiệu ứng nhiệt độ cao xảy ra trong phạm vi môi trường ứng dụng rộng hơn, bao gồm cả môi trường nhiệt độ cao và thấp, trong khi hiệu ứng nhiệt độ thấp chủ yếu giới hạn ở môi trường ứng dụng nhiệt độ thấp. Hiệu ứng nhiệt độ thấp chủ yếu được xác định bởi nhiệt độ môi trường xung quanh, trong khi hiệu ứng nhiệt độ cao thường được quy chính xác hơn là do nhiệt độ cao bên trong pin lithium-ion trong quá trình hoạt động.
Pin lithium-ion sinh nhiệt trong điều kiện dòng điện cao (bao gồm sạc nhanh và xả nhanh), làm tăng nhiệt độ bên trong. Tiếp xúc với nhiệt độ cao cũng có thể gây suy giảm hiệu suất pin, bao gồm mất dung lượng và công suất. Thông thường, sự mất lithium và sự phục hồi các vật liệu hoạt tính ở nhiệt độ cao dẫn đến mất dung lượng, và sự mất công suất là do tăng điện trở trong. Nếu nhiệt độ vượt quá tầm kiểm soát, hiện tượng quá nhiệt sẽ xảy ra, trong một số trường hợp có thể dẫn đến tự bốc cháy hoặc thậm chí nổ.
Tính toán QSAR là một phương pháp mô hình hóa toán học hoặc tính toán được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa hoạt tính sinh học và các đặc tính cấu trúc của các hợp chất. Tất cả các phân tử được thiết kế đều được tối ưu hóa và một số đặc tính QSAR được tính toán ở mức PM6. Bảng 3 liệt kê một số mô tả QSAR được tính toán. Ví dụ về các mô tả đó là điện tích, TDM, tổng năng lượng (E), thế ion hóa (IP), Log P và độ phân cực (xem Bảng 1 để biết công thức xác định IP và Log P).
Kết quả tính toán cho thấy tổng điện tích của tất cả các cấu trúc được nghiên cứu đều bằng 0 vì chúng ở trạng thái cơ bản. Đối với xác suất tương tác đầu tiên, TDM của glycerol là 2,788 Debye và 6,840 Debye đối với 3PVA-(C10) 2Na Alg, trong khi các giá trị TDM tăng lên 17,990 Debye, 8,848 Debye, 5,874 Debye, 7,568 Debye và 12,779 Debye khi 3PVA-(C10) 2Na Alg tương tác với lần lượt 1, 2, 3, 4 và 5 đơn vị glycerol. Giá trị TDM càng cao, khả năng phản ứng với môi trường càng lớn.
Tổng năng lượng (E) cũng được tính toán, và giá trị E của glycerol và 3PVA-(C10)2 NaAlg lần lượt là -141,833 eV và -200092,503 eV. Trong khi đó, các cấu trúc đại diện cho 3PVA-(C10)2 NaAlg tương tác với 1, 2, 3, 4 và 5 đơn vị glycerol; E lần lượt trở thành -996,837, -1108,440, -1238,740, -1372,075 và -1548,031 eV. Việc tăng hàm lượng glycerol dẫn đến giảm tổng năng lượng và do đó làm tăng khả năng phản ứng. Dựa trên tính toán tổng năng lượng, người ta kết luận rằng phân tử mẫu, là 3PVA-2Na Alg-5 Gly, có khả năng phản ứng cao hơn các phân tử mẫu khác. Hiện tượng này có liên quan đến cấu trúc của chúng. 3PVA-(C10)2NaAlg chỉ chứa hai nhóm -COONa, trong khi các cấu trúc khác chứa hai nhóm -COONa nhưng mang nhiều nhóm OH, điều này có nghĩa là khả năng phản ứng của chúng với môi trường tăng lên.
Ngoài ra, năng lượng ion hóa (IE) của tất cả các cấu trúc cũng được xem xét trong nghiên cứu này. Năng lượng ion hóa là một thông số quan trọng để đo lường khả năng phản ứng của mô hình được nghiên cứu. Năng lượng cần thiết để di chuyển một electron từ một điểm của phân tử đến vô cực được gọi là năng lượng ion hóa. Nó thể hiện mức độ ion hóa (tức là khả năng phản ứng) của phân tử. Năng lượng ion hóa càng cao, khả năng phản ứng càng thấp. Kết quả IE của 3PVA-(C10)2NaAlg tương tác với 1, 2, 3, 4 và 5 đơn vị glycerol lần lượt là -9,256, -9,393, -9,393, -9,248 và -9,323 eV, trong khi IE của glycerol và 3PVA-(C10)2NaAlg lần lượt là -5,157 và -9,341 eV. Do việc bổ sung glycerol làm giảm giá trị IP, nên khả năng phản ứng phân tử tăng lên, điều này giúp nâng cao tính ứng dụng của phân tử mẫu PVA/NaAlg/glycerol trong các thiết bị điện hóa.
Thông số thứ năm trong Bảng 3 là Log P, là logarit của hệ số phân bố và được sử dụng để mô tả xem cấu trúc đang nghiên cứu là ưa nước hay kỵ nước. Giá trị Log P âm cho thấy phân tử ưa nước, có nghĩa là nó dễ dàng hòa tan trong nước và khó hòa tan trong dung môi hữu cơ. Giá trị dương cho thấy quá trình ngược lại.
Dựa trên các kết quả thu được, có thể kết luận rằng tất cả các cấu trúc đều có tính ưa nước, vì giá trị Log P của chúng (3PVA-(C10)2Na Alg − 1Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 2Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 3Gly, 3PVA-(C10)2Na Alg − 4Gly và 3PVA-(C10)2Na Alg − 5Gly) lần lượt là -3,537, -5,261, -6,342, -7,423 và -8,504, trong khi giá trị Log P của glycerol chỉ là -1,081 và của 3PVA-(C10)2Na Alg chỉ là -3,100. Điều này có nghĩa là tính chất của cấu trúc đang nghiên cứu sẽ thay đổi khi các phân tử nước được kết hợp vào cấu trúc của nó.
Cuối cùng, độ phân cực của tất cả các cấu trúc cũng được tính toán ở mức PM6 bằng phương pháp bán thực nghiệm. Trước đó đã lưu ý rằng độ phân cực của hầu hết các vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Yếu tố quan trọng nhất là thể tích của cấu trúc đang nghiên cứu. Đối với tất cả các cấu trúc liên quan đến loại tương tác đầu tiên giữa 3PVA và 2NaAlg (tương tác xảy ra thông qua nguyên tử carbon số 10), độ phân cực được cải thiện nhờ việc bổ sung glycerol. Độ phân cực tăng từ 29,690 Å lên 35,076, 40,665, 45,177, 50,239 và 54,638 Å do tương tác với 1, 2, 3, 4 và 5 đơn vị glycerol. Như vậy, người ta thấy rằng phân tử mẫu có độ phân cực cao nhất là 3PVA-(C10)2NaAlg−5Gly, trong khi phân tử mẫu có độ phân cực thấp nhất là 3PVA-(C10)2NaAlg, với giá trị là 29,690 Å.
Đánh giá các mô tả QSAR cho thấy cấu trúc đại diện cho 3PVA-(C10)2NaAlg − 5Gly là cấu trúc phản ứng mạnh nhất đối với tương tác được đề xuất đầu tiên.
Đối với chế độ tương tác thứ hai giữa trimer PVA và dimer NaAlg, kết quả cho thấy điện tích của chúng tương tự như điện tích được đề xuất trong phần trước cho tương tác đầu tiên. Tất cả các cấu trúc đều có điện tích bằng không, điều đó có nghĩa là chúng đều ở trạng thái cơ bản.
Như thể hiện trong Bảng 4, giá trị TDM (được tính ở mức PM6) của Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg tăng từ 11,581 Debye lên 15,756, 19,720, 21,756, 22,732, 15,507 và 15,756 khi Term 1 Na Alg − 3PVA-Mid 1 Na Alg phản ứng với 1, 2, 3, 4, 5 và 6 đơn vị glycerol. Tuy nhiên, tổng năng lượng giảm khi số lượng đơn vị glycerol tăng lên, và khi Term 1 Na Alg − 3PVA- Mid 1 Na Alg tương tác với một số lượng đơn vị glycerol nhất định (từ 1 đến 6), tổng năng lượng lần lượt là − 996,985, − 1129,013, − 1267,211, − 1321,775, − 1418,964 và − 1637,432 eV.
Đối với xác suất tương tác thứ hai, IP, Log P và độ phân cực cũng được tính toán ở mức lý thuyết PM6. Do đó, họ đã xem xét ba yếu tố mô tả mạnh nhất về khả năng phản ứng của phân tử. Đối với các cấu trúc đại diện cho End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg tương tác với 1, 2, 3, 4, 5 và 6 đơn vị glycerol, IP tăng từ −9,385 eV lên −8,946, −8,848, −8,430, −9,537, −7,997 và −8,900 eV. Tuy nhiên, giá trị Log P tính toán được thấp hơn do sự hóa dẻo của End 1 Na Alg-3PVA-Mid 1 Na Alg với glycerol. Khi hàm lượng glycerol tăng từ 1 đến 6, các giá trị của nó trở thành -5,334, -6,415, -7,496, -9,096, -9,861 và -10,53 thay vì -3,643. Cuối cùng, dữ liệu về độ phân cực cho thấy việc tăng hàm lượng glycerol dẫn đến sự gia tăng độ phân cực của Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg. Độ phân cực của phân tử mô hình Term 1 Na Alg- 3PVA- Mid 1 Na Alg tăng từ 31,703 Å lên 63,198 Å sau khi tương tác với 6 đơn vị glycerol. Điều quan trọng cần lưu ý là việc tăng số lượng đơn vị glycerol trong xác suất tương tác thứ hai được thực hiện để xác nhận rằng mặc dù có số lượng nguyên tử lớn và cấu trúc phức tạp, hiệu suất vẫn được cải thiện khi tăng hàm lượng glycerol. Như vậy, có thể nói rằng mô hình PVA/Na Alg/glycerin hiện có thể thay thế một phần pin lithium-ion, nhưng cần nhiều nghiên cứu và phát triển hơn nữa.
Việc xác định khả năng liên kết của bề mặt với chất hấp phụ và đánh giá các tương tác độc đáo giữa các hệ thống đòi hỏi kiến ​​thức về loại liên kết tồn tại giữa bất kỳ hai nguyên tử nào, độ phức tạp của các tương tác liên phân tử và nội phân tử, và sự phân bố mật độ electron của bề mặt và chất hấp phụ. Mật độ electron tại điểm tới hạn liên kết (BCP) giữa các nguyên tử tương tác là rất quan trọng để đánh giá độ bền liên kết trong phân tích QTAIM. Mật độ điện tích electron càng cao, tương tác cộng hóa trị càng ổn định và nói chung, mật độ electron tại các điểm tới hạn này càng cao. Hơn nữa, nếu cả mật độ năng lượng electron tổng cộng (H(r)) và mật độ điện tích Laplace (∇2ρ(r)) đều nhỏ hơn 0, điều này cho thấy sự hiện diện của các tương tác cộng hóa trị (chung). Mặt khác, khi ∇2ρ(r) và H(r) lớn hơn 0,54, điều này cho thấy sự hiện diện của các tương tác không cộng hóa trị (vỏ kín) như liên kết hydro yếu, lực van der Waals và tương tác tĩnh điện. Phân tích QTAIM đã tiết lộ bản chất của các tương tác không cộng hóa trị trong các cấu trúc được nghiên cứu như thể hiện trong Hình 7 và 8. Dựa trên phân tích, các phân tử mô hình đại diện cho 3PVA − 2Na Alg và Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg cho thấy độ ổn định cao hơn so với các phân tử tương tác với các đơn vị glycine khác nhau. Điều này là do một số tương tác không cộng hóa trị phổ biến hơn trong cấu trúc alginate, chẳng hạn như tương tác tĩnh điện và liên kết hydro, cho phép alginate ổn định các vật liệu composite. Hơn nữa, kết quả của chúng tôi chứng minh tầm quan trọng của các tương tác không cộng hóa trị giữa các phân tử mô hình 3PVA − 2Na Alg và Term 1 Na Alg − 3PVA –Mid 1 Na Alg với glycine, cho thấy glycine đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh môi trường điện tử tổng thể của các vật liệu composite.
Phân tích QTAIM của phân tử mẫu 3PVA − 2NaAlg tương tác với (a) 0 Gly, (b) 1 Gly, (c) 2 Gly, (d) 3 Gly, (e) 4 Gly và (f) 5Gly.