A Practical and Instructive Approach to Purify Acetonitrile for a Wide Electrochemical Window

Authors

  • Mario Ávila-Gutierrez University of Nevada
  • Salvador Gutierrez-Portocarrero University of Utah
  • Luis Corono-Elizarrarás University of Nevada
  • Mario A. Alpuche Aviles University of Nevada

DOI:

https://doi.org/10.29356/jmcs.v67i4.2013

Keywords:

Acetonitrile purification, electrolyte purification, electrochemical window, nonaqueous electrolytes, CH3CN

Abstract

Abstract. Because of its large electrochemical window, acetonitrile (MeCN) is one of the most widely used solvents in electrochemistry. It is a suitable solvent for nonaqueous electrolytes that allows studies of cathodic and anodic processes, but electrolyte purification remains challenging. As received, the high-performance liquid chromatography (HPLC) grade is unsuitable for most electroanalytical applications. We present an approach to optimize the purification of HPLC-grade acetonitrile to yield a tetrabutylammonium perchlorate (TBAP)/MeCN electrolyte for experiments in nonaqueous media. We used cyclic voltammetry (CV) to show the background due to impurities and to guide the experimental design to a background current acceptable for CVs of a 1 mM typical concentration of a redox-active molecule. We use 3A molecular sieves, followed by distillation over CaH2 with a final treatment with Al2O3. The optimized procedure yields CH3CN with small background currents, increasing the signal-to-noise ratio and minimizing chemical complications over a wide potential window. Our approach includes discriminating between impurities in the solvent and electrolyte salts; for TBAP, we recrystallize from ethyl acetate and 95 % ethanol. The process and theoretical guidelines apply to other nonaqueous electrolytes dealing with electroactive impurities, including organic molecules, oxygen, and water.

 

Resumen. El acetonitrilo (MeCN) es uno de los disolventes más utilizados en electroquímica por su amplia ventana electroquímica. Es un disolvente adecuado para electrolitos no acuosos que permite estudiar procesos electroquímicos catódicos y anódicos. Sin embargo, para llevar a cabo estos estudios, es importante considerar la purificación del electrolito que sigue siendo un reto. Tal como se recibe, el acetonitrilo para cromatografía de alto rendimiento (HPLC, por las siglas en inglés) es inadecuado para la mayoría de las aplicaciones electroanalíticas. En este trabajo presentamos un método para optimizar la purificación del acetonitrilo grado HPLC y obtener un electrolito de perclorato de tetrabutilamonio, (TBAP)/MeCN. Utilizamos voltametría cíclica para determinar la corriente de fondo y diseñar una corriente residual aceptable para una concentración típica de 1 mM para una molécula con actividad electroquímica. Utilizamos tamices moleculares 3Å, seguidos de destilación sobre CaH2 y finalizamos con un tratamiento en Al2O3. El procedimiento optimizado produce CH3CN con pequeñas corrientes de fondo, aumentando la relación señal-ruido y minimizando las complicaciones químicas en una amplia ventana de potencial. Nuestro enfoque incluye la discriminación entre las impurezas del disolvente y en las sales del electrolito. Recristalizamos el TBAP con una mezcla de acetato de etilo y etanol al 95 %. El proceso y las directrices teóricas se pueden aplicar a otros electrolitos no acuosos con impurezas electroactivas, como moléculas orgánicas, oxígeno y agua.

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Author Biographies

Mario Ávila-Gutierrez, University of Nevada

Department of Chemistry

Salvador Gutierrez-Portocarrero, University of Utah

Current addres: Department of Chemistry

Luis Corono-Elizarrarás, University of Nevada

Department of Chemistry

Mario A. Alpuche Aviles, University of Nevada

Associate Professor

Department of Chemistry

References

Mann, C. K., in: Electroanal. Chem, Bard, A. J., Ed. Vol 3, Marcel Dekker, New York 1969, 57-134

Fry, A. J., in: Laboratory techniques in Electroanalytical Chemistry, Kissinger, P. T.; Heineman, W. R., Eds.; Marcel Dekker: New York, 2007, 469-485. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315274263. DOI: https://doi.org/10.1201/9781315274263

Creager, S., in: Handbook of Electrochemistry, Zoski, C. G., Ed., Elsevier, Amsterdam, 2007, 57- 72. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-444-51958-0.X5000-9. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-044451958-0.50004-5

Cao, W.; Zhang, X.; Bard, A. J. J. Electroanal. Chem. 2004, 566, 409-413 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2003.11.054. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2003.11.054

Yang, W.; Kazemi, R. R.; Karunathilake, N.; Catalano, V. J.; Alpuche-Aviles, M. A.; Chalifoux, W. Org. Chem. Front. 2018, 5, 2288-2295. DOI: 10.1039/C8QO00389K. DOI: https://doi.org/10.1039/C8QO00389K

Bard, A. J.; Faulkner, L. R.; White, H. S., in: Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 3rd ed.; John Wiley & Sons: New York, 2022, 1044.

Coetzee, J. F.; Cunningham, G. P.; McGuire, D. K.; Padmanabhan, G. R. Anal. Chem. 1962, 34, 1139-1143. DOI: 10.1021/ac60189a034. DOI: https://doi.org/10.1021/ac60189a034

Lund H., in: Organic Electrochemistry. Lund, H.; Hammerich, O., Eds.; Marcel Dekker, Inc., New York, 2001, 223-292. DOI: https://doi.org/10.1201/9781420029659. DOI: https://doi.org/10.1201/9781420029659

Perrin, D. D.; Armarego, W. L. F.; Perrin, D. R., in: Purification of Laboratory Chemicals, 2nd ed.; Pergamon Press: Oxford, 1980, 79-81.

Williams, D. B. G.; Lawton, M. J. Org. Chem. 2010, 75, 8351-8354. DOI: 10.1021/jo101589h. DOI: https://doi.org/10.1021/jo101589h

Burfield, D. R.; Lee, K.-H.; Smithers, R. H. J. Org. Chem. 1977, 42, 3060-3065. DOI: 10.1021/jo00438a024. DOI: https://doi.org/10.1021/jo00438a024

Pangborn, A. B.; Giardello, M. A.; Grubbs, R. H.; Rosen, R. K.; Timmers, F. J. Organometallics. 1996, 15, 1518-1520. DOI: 10.1021/om9503712. DOI: https://doi.org/10.1021/om9503712

Alaimo, P. J.; Peters, D. W.; Arnold, J.; Bergman, R. G. J. Chem. Educ. 2001, 78, 64. DOI: 10.1021/ed078p64. DOI: https://doi.org/10.1021/ed078p64

Rashid, M. U.; Tahir, Z.; Kim, S.; Jang, J. I.; Kim, Y. S. ACS Omega. 2021, 6, 31366-31374. DOI: 10.1021/acsomega.1c05348. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05348

Miller, T. A.; Prater, B.; Lee, J. K.; Adams, R. N. J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 121-122. DOI: 10.1021/ja01079a023. DOI: https://doi.org/10.1021/ja01079a023

Gangadharan, A.; Mamidi, S.; Sharma, C. S.; Rao, T. N. Mater. Today Commun. 2020, 23, 100926. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.100926. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.100926

Bharti, V. K.; Gangadharan, A.; Kumar, S. K.; Pathak, A. D.; Sharma, C. S. Mater. Adv. 2021, 2, 3031-3041. DOI: 10.1039/D1MA00115A. DOI: https://doi.org/10.1039/D1MA00115A

Baek, H.-M.; Kim, D.-Y.; Lee, W.-J.; Kang, J. RSC Advances. 2020, 10, 36478-36484. DOI: 10.1039/D0RA07195A. DOI: https://doi.org/10.1039/D0RA07195A

Kakunuri, M.; Sharma, C. S. Electrochim. Acta. 2015, 180, 353-359. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.08.124. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2015.08.124

Saini, D.; Gunture; Kaushik, J.; Aggarwal, R.; Tripathi, K. M.; Sonkar, S. K. ACS Appl. Nano Mater.2021, 4, 12825-12844. DOI: 10.1021/acsanm.1c02840. DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02840

Asenbauer, J.; Eisenmann, T.; Kuenzel, M.; Kazzazi, A.; Chen, Z.; Bresser, D. Sustainable Energy Fuels. 2020, 4, 5387-5416. DOI: 10.1039/D0SE00175A. DOI: https://doi.org/10.1039/D0SE00175A

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Published

2023-09-21

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Section

Special Issue. Tribute to the electrochemical emeritus researchers of SNI
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