Energy Storage in Strained Organic Molecules: (Spectro)Electrochemical Characterization of Norbornadiene and Quadricyclane.
We have investigated the electrochemically triggered cycloreversion of quadricyclane (QC) to norbornadiene (NBD), a system that holds the potential to combine both energy storage and conversion in a single molecule. Unambiguous voltammetric traces are obtained for pure NBD and pure QC, the latter a strained polycyclic isomer of the former. The difference in redox potentials is smaller than the energy difference between the neutral molecules. This is owing to a significant energy difference between the corresponding radical cations, as demonstrated by density functional theory (DFT) calculations. The vibrational modes of each pure compound are characterized experimentally in the fingerprint region and identified by DFT methods. Thermal and electrochemical transformations of NBD and QC are monitored in situ by IR spectroelectrochemical methods. The kinetics of the cycloreversion of QC to NBD, which is catalyzed by oxidizing equivalents, can be controlled by an applied electrode potential, which implies the ability to adjust in real time the release of thermal power stored in QC.
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Olaf
O
Brummel
Lehrstuhl für Anorganische und Allgemeine Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 1, 91058, Erlangen, Germany.
Daniel
D
Besold
Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Tibor
T
Döpper
Lehrstuhl für Anorganische und Allgemeine Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 1, 91058, Erlangen, Germany.
Yanlin
Y
Wu
Lehrstuhl für Anorganische und Allgemeine Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 1, 91058, Erlangen, Germany.
Sebastian
S
Bochmann
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Federica
F
Lazzari
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Fabian
F
Waidhas
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Udo
U
Bauer
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Philipp
P
Bachmann
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.
Christian
C
Papp
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.|Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 91058, Erlangen, Germany.
Hans-Peter
HP
Steinrück
Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany.|Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 91058, Erlangen, Germany.
Andreas
A
Görling
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058, Erlangen, Germany. joerg.libuda@fau.de.|Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 91058, Erlangen, Germany. joerg.libuda@fau.de.
Jörg
J
Libuda
Lehrstuhl für Anorganische und Allgemeine Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 1, 91058, Erlangen, Germany. julien.bachmann@fau.de.
Julien
J
Bachmann
D001952:Bridged-Ring Compounds / Q000737:chemistry*; D004563:Electrochemistry; D007700:Kinetics; D008958:Models, Molecular; D008968:Molecular Conformation; D009636:Norbornanes / Q000737:chemistry*; D011789:Quantum Theory; D013696:Temperature
D001952:Bridged-Ring Compounds; D009636:Norbornanes; C513530:quadricyclane; C048294:2,5-norbornadiene
infrared spectroscopy; norbornadiene; quadricyclane; spectroelectrochemistry; voltammetry