Derivados 1,4-naftoquinônicos no armazenamento de energia em baterias de fluxo redox: Utilização de ligações de hidrogênio intramoleculares para a modulação do potencial de redução de eletrólitos orgânicos

dc.contributor.advisor1Greco, Sandro José
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-2382-9295
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5752788440118349
dc.contributor.authorPereira, Alan Reinke
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3854601600492833
dc.contributor.referee1Ferreira, Vitor Francisco
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2166-766X
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0845421586641237
dc.contributor.referee2Delarmelina, Maicon
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-6414-552X
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7778812717476251
dc.contributor.referee3Ferreira, Rafael de Queiroz
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/5053247764430323
dc.date.accessioned2024-05-30T01:41:28Z
dc.date.available2024-05-30T01:41:28Z
dc.date.issued2023-03-22
dc.description.abstractTo overcome the intermittency in energy generation from renewable sources such as solar and wind, the implementation of electrical energy storage systems, such as redox flow batteries (RFBs) have received great attention. Research for the development and use of organic species, such as quinones, has grown, since such species are abundant, can be extracted from natural sources, are chemically versatile and have a low cost. Quinones are redox active molecules with good electrochemical reversibility, easy synthetic modulation. It is extremely important to understand the chemical factors that interfere with its reduction potentials, and the formation of intra-and intermolecular bonds is a possible tool for the rational control of this property. When studying it, hydrogen bonding is a notorious possibility for modulating the electrochemical profile of quinones, obtaining more positive reduction potential values due to the increase in electrophilicity in its core. In this work, the formation of hydrogen bonds was explored as a tool for modulating the reduction potential in substituted naphthoquinones. The computational investigation demonstrated an efficient modulation of the reduction potential of both mono- and disubstituted derivatives with mercaptoethanol, leading to a weakening of the hydrogen bonds as the alkyl chain becomes longer. Nitrogenous derivative 82 showed no significant effect on the formation of intramolecular hydrogen bonding, due to the conjugation between the π electrons of the quinone nucleus and the pair of electrons of the nitrogen atom, disfavoring the interaction. However, experimentally, only compound 74 showed efficiency in modulating its redox potential, conjecturing that only one interaction per bond is taking place, as a terminal hydroxyl is blocked by the supporting electrolyte. In addition to demonstrating the modulation of the reduction potential of 74, such interaction justifies the effect not observed for the monosubstituted derivatives.
dc.description.resumoA fim de contornar a intermitência na geração de energia a partir de fontes renováveis como a solar e a eólica, a implementação de sistemas de armazenamento de energia elétrica, como as baterias de fluxo redox (RFBs, do inglês redox flow batteries) têm recebido grande atenção. Pesquisas para o desenvolvimento e utilização de espécies orgânicas, como as quinonas, têm crescido, visto que tais compostos são abundantes, podem ser extraídas de fontes naturais, são quimicamente versáteis e apresentam custo reduzido. Quinonas são moléculas redox ativas com boa reversibilidade eletroquímica e fácil modulação sintética. É de suma importância a compreensão dos fatores químicos que interferem em seus potenciais de redução, sendo a formação de ligações intra- e intermoleculares uma possível ferramenta para o controle racional dessa propriedade. Ao estudá-la, a ligação de hidrogênio é uma notória possibilidade para modulação do perfil eletroquímico de quinonas, obtendo valores de potenciais de redução mais positivos decorrentes do aumento da eletrofilicidade em seu núcleo. Neste trabalho, a formação de ligações de hidrogênio foi explorada como ferramenta para a modulação do potencial de redução em naftoquinonas substituídas. A investigação computacional demonstrou uma eficiente modulação no potencial de redução de derivados tanto mono- quanto dissubstituídos com mercaptoetanol, levando à um enfraquecimento das ligações de hidrogênio a medida que a cadeia alquílica se torna mais longa. O derivado nitrogenado 82 não possui efeito significativo em relação a formação da ligação de hidrogênio intramolecular, isso devido à conjugação entre os elétrons π do núcleo quinônico e o par de elétrons do átomo de nitrogênio, desfavorecendo a interação. Entretanto, experimentalmente, apenas o composto 74 mostrou eficiência na modulação de seu potencial redox, conjecturando que apenas uma interação por ligação esteja ocorrendo, pois uma hidroxila terminal é bloqueada pelo eletrólito de suporte. Além de demonstrar a modulação no potencial de redução de 74, tal interação justifica o efeito não observado para os derivados monossubstituídos.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16758
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Química
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Exatas
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química
dc.rightsopen access
dc.subjectBateria de fluxo redox
dc.subjectNaftoquinona
dc.subjectLigação de hidrogênio
dc.subjectPotencial de redução
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqQuímica
dc.titleDerivados 1,4-naftoquinônicos no armazenamento de energia em baterias de fluxo redox: Utilização de ligações de hidrogênio intramoleculares para a modulação do potencial de redução de eletrólitos orgânicos
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis

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