OXY-1 SMA溶解氧測(cè)量?jī)x鋰鹽存在下二甲基亞砜溶液中的溶解氧含量

在鋰氧電池中，溶解氧濃度在有機(jī)電解質(zhì)中是一個(gè)非常重要的參數(shù)。作為還原反應(yīng)中的反應(yīng)物，其濃度直接影響反應(yīng)速率。迄今為止，已有多項(xiàng)研究報(bào)告使用不同的電解質(zhì)或溶劑用于鋰氧電池。然而，由于電池性能和穩(wěn)定性受到多個(gè)參數(shù)的影響，比較這些不同情況下的結(jié)果非常困難。為了剖析不同氧濃度對(duì)這些案例的影響，必須可靠地測(cè)量溶解氧濃度。

在無(wú)水二甲基亞砜（DMSO）和不同鋰鹽的DMSO基電解質(zhì)溶液中測(cè)量氧氣濃度
溶解氧（DO）濃度在無(wú)水二甲基亞砜（DMSO）和不同鋰鹽的DMSO基溶液中，通過(guò)使用 溶解氧檢測(cè)儀OXY-1 SMA和光學(xué)氧氣傳感器點(diǎn)SP-PSt3進(jìn)行測(cè)量。傳感器點(diǎn)固定在一個(gè)簡(jiǎn)單玻璃容器的內(nèi)壁上（如圖1所示）。然后，將容器填充DMSO，并在其中放置過(guò)夜。需要注意的是，這一步驟對(duì)于獲得可靠且可重復(fù)的結(jié)果至關(guān)重要，可能與傳感器點(diǎn)的浸泡和膨脹有關(guān)。接著，溶液依次被轉(zhuǎn)移到該容器中，并用合成空氣（21:78 O2:N2比率，1巴）猛烈氣泡攪拌30分鐘，然后開(kāi)始測(cè)量。將連接到OXY-1 SMA的光纖指向傳感器點(diǎn)后，開(kāi)始測(cè)量氧氣濃度，直到軟件中顯示穩(wěn)定的讀數(shù)（通常在幾分鐘內(nèi)）。

傳感器評(píng)估
傳感器的靈敏度和校準(zhǔn)通過(guò)測(cè)量氧氣飽和的蒸餾水中的氧氣濃度來(lái)評(píng)估，結(jié)果與文獻(xiàn)值吻合良好。在DMSO的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)旨在測(cè)試測(cè)量設(shè)備對(duì)溶解氧濃度的敏感性。無(wú)水DMSO被合成空氣飽和后，測(cè)量了氧氣濃度。類似地，使用純氧飽和相同的溶劑，再次測(cè)量了氧氣濃度。測(cè)量數(shù)據(jù)表明，溶解氧濃度與氧氣濃度之間呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系，與之前使用質(zhì)譜測(cè)量得到的結(jié)果一致[1]。

圖1：帶有集成氧氣傳感器點(diǎn)的反應(yīng)容器（左）和用于研究DMSO基溶液中氧氣溶解度的OXY-1 SMA實(shí)驗(yàn)裝置。

不同電解質(zhì)溶液中的氧氣濃度
由于傳感器是在水溶液中進(jìn)行校準(zhǔn)的，因此直接接受測(cè)量值是不準(zhǔn)確的，需要在DMSO中重新校準(zhǔn)傳感器。因此，本文中展示的結(jié)果作為相對(duì)濃度，始終與純?nèi)軇┲械难鯕鉂舛认嚓P(guān)（如圖2所示）。通過(guò)這些測(cè)量可以看出，氧氣溶解度在Li-triflate（LiTF）存在時(shí)變化不大，而在溶液中加入鋰雙三氟甲磺基亞胺（Li-TFSI）時(shí)，氧氣溶解度增加，而在加入LiClO4作為電解質(zhì)時(shí)，氧氣溶解度則降低。值得注意的是，后兩者是DMSO中鋰氧電池中的電解質(zhì)。氧氣濃度——直接影響這些電池化學(xué)反應(yīng)——在使用這兩種鹽時(shí)顯著不同。因此，在相同鹽濃度下比較結(jié)果而不考慮不同氧氣濃度的影響，可能會(huì)在此類研究中產(chǎn)生誤導(dǎo)。

圖2：不同鋰鹽在1 mol/dm3 DMSO電解質(zhì)溶液中溶解氧的相對(duì)濃度，與純?nèi)軇┲袦y(cè)得的值相關(guān)；使用OXY-1 SMA進(jìn)行的光學(xué)溶解氧測(cè)量（左）和質(zhì)譜結(jié)果（右）

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