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近年来,随着气候反常、雾霾加剧、水土污染等环境问题日益加剧,越来越多的国家将目光投向风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源清。液流电池,作为一种廉价高性能大型储能装置具有很好的发展前景。本文研究的蒽醌衍生物是一类新型液流电池电极材料,避免了贵金属的使用,不仅具有较好的电化学活性,而且来源广泛、合成简单,不受地球储备量的限制。本课题采用M05-2X/6-31G*,在SMD、IEFPCM溶剂化模型下计算了11种系列醌类化合物的氧化还原电势,结合其电势实验值,建立了将模拟电势转化为相对于氢标准电极的电极电势转化方程,得到了9种以-OH、-SH、-NH2为主要取代基的9,10-蒽醌衍生物相对于氢标准电极的氧化还原电势,计算结果显示,这9种9,10-蒽醌衍生物的电势均稍大于或低于0 V,初步判定其适合充当液流电池负极电解液活性物质。良好的溶解性能是电极材料所必须的另一个重要性质。本文从9种理论电势已知的9,10-蒽醌衍生物中挑选出3种进行溶解度预测,在热化学循环的基础上认为溶解度受固体的升华热和溶剂化能共同作用,采用Berland-Hyldgaard、triple zeta numerical plus polarization以及模守恒赝势计算分子晶体的升华热,采用M05-2X/6-31G*、SMD溶剂化模型、IEFPCM溶剂化模型计算其相应溶剂化能,从得到的溶解度logS中看出,在相同取代位置下-OH取代的蒽醌衍生物溶解度远远大于-SH和-NH2取代,更适合充当液流电池负极活性材料。根据氧化还原电势和溶解度的计算结果选出两种-OH取代的9,10-蒽醌衍生物,即1,5-二羟基蒽醌和1,8-二羟基蒽醌,选用循环伏安法和线性扫描伏安法分别对它们在碱性条件下的电化学性能进行测试。这两种蒽醌衍生物在实验中表现出良好的电化学可逆性和较低的氧化还原电势,其扩散系数和反应速率常数分别在10-6和10-3数量级上,实验结果显示-OH取代的蒽醌衍生物确实具有充当液流电池负极电解液活性物质的能力。本文将理论和实验结合,指导选择出液流电池负极活性材料,为从数量众多的醌类化合物中快速准确地找到电极材料,提高实验成功率提供理论依据。