本发明专利技术公开了四芳基螺环多酸化合物在锂离子电池上的应用。主要涉及了一种使用醋酸钯催化N,N‑二乙基苯胺与4,4’‑二(苯甲酸甲酯)乙炔直接进行环加成反应，进而合成(8‑羰基螺[4.5]癸‑1,3,6,9‑ 四烯‑1,2,3,4 –四取代) ‑4,4',4'',4'''‑四苯甲酸，将其作为负极材料应用于可充电锂离子电池的方法。8‑羰基螺[4.5]癸‑1,3,6,9‑ 四烯‑1,2,3,4 –四取代) ‑4,4',4'',4'''‑四苯甲酸作为可充电锂离子电池的负极材料，具有充放电容量高，充电速度快，充放电循环稳定等优点。
【技术实现步骤摘要】
四芳基螺环多酸化合物在锂离子电池上的应用本专利申请得到国家自然科学基金（21102101，21772118，21472122）的资助。
本专利技术属于有机化学和能源材料
，涉及一种使用醋酸钯催化N,N-二乙基苯胺与4,4’-二(苯甲酸甲酯)乙炔直接进行环加成反应，进而合成(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸，将其作为负极材料应用于可充电锂离子电池的方法。
技术介绍
可充电锂电池以其高能量和高功率密度而成为便携式电子产品市场的主导。近年来，它们被认为是大规模电力系统(如电动汽车和智能电网)的一种潜在储能技术（ArmandM.,TarasconJ.M.Buildingbetterbatteries[J].Nature2008,451,652-657；ChengF.,LiangJ.,TaoZ.,etal.Functionalmaterialsforrechargeablebatteries[J].Adv.Mater.2011,23(25),1695-1698.）。目前的锂离子电池LIBs技术通常是基于无机化合物，例如LiCoO2、LiMn2O4或LiFePO4，用于正极和石墨化材料，硅或Li4Ti5O12，用于负极。尽管它们在重量或体积密度、结构稳定性和氧化还原电势方面显示出良好的或甚至优异的性能，但是无机插层材料在使用过程中发了一些缺点（GoodenoughJ.B.,KimY.ChallengesforrechargeableLibatteries[J].Chem.Mater.,2010,22(3),587-603.），如理论比容量均在300mAh/g左右，提升空间十分有限；均以不可再生的矿藏为原料，同时开采它们需要消耗大量能量，不符合可持续发展的要求；传统的无机电极材料在安全方面依然存在隐患。主要原因是当电池过充时，易产生高价态金属氧化物，并伴随氧气的释放，导致与电解液发生剧烈的放热反应。因此，需要开发比容量更高，安全性更高和在自然界中储量更为丰富的绿色能源材料。所以就需要有机电极材料的复兴。有机电极材料(OEMs)具有高能量和高功率密度、经济高效、环保和结构可设计性高等优点，为可再充电锂电池提供了新的可能性（DunnB.,KamathH.,TarasconJ.M.,ElectricalEnergyStoragefortheGrid:ABatteryofChoices[J].Science2011,334(6058),928-935.）。有机共轭含氧化合物电极材料具有高比容量，结构多样性和反应动力学快等优点，已成为锂离子电池负极材料的研究热点（PadhyH.,ChenY.Q.,ManzhosS.,etal.ChargeandDischargeProcessesandSodiumStorageinDisodiumPyridine-2,5-DicarboxylateAnode-InsightsfromExperimentsandTheory[J].Adv.EnergyMater.2017,8(7),1701572.）。以共轭羧酸及其聚合物，含共轭结构的酸酐等为代表的羰基化合物作为一种新兴的负极材料逐渐受到关注。因此，我们在这里公开用醋酸钯催化芳基叔胺与二芳基乙炔化合物，在甲醇中反应生成四芳基螺环化合物的研究成果，通过此方法制备的四芳基螺环化合物可以应用于可充电锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术提供了使用醋酸钯催化N,N-二乙基苯胺与4,4’-二(苯甲酸甲酯)乙炔直接进行环加成反应，进而合成(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸，将其作为负极材料应用于可充电锂离子电池的方法。为实现上述目的本专利技术公开了如下的
技术实现思路
：四芳基螺环多酸化合物在锂离子电池上的应用，本专利技术所述的(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸，具有1的结构式，也是实施例中化合物的结构式：本专利技术所述的使用醋酸钯催化N,N-二乙基苯胺与4,4’-二(苯甲酸甲酯)乙炔直接进行环加成反应，进而合成(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸的方法为：将醋酸钯与相应的N,N-二乙基苯胺，4,4’-二(苯甲酸甲酯)乙炔，一水合醋酸铜，邻菲罗啉，四氟硼酸银按照0.2:2:2:2:0.25:0.3的摩尔比混合，加入溶剂甲醇，反应体系中充满氩气，放入100-120oC恒温油浴锅中，24小时后，反应体系抽干溶剂，通过硅胶柱层析分离，得到8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸甲酯；随后将(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸甲酯溶于3M的NaOH溶液，反应温度控制在70-100oC，12h后，滴入10%的HCl溶液，调节pH=1.0，过滤得到白色固体产物(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸。本专利技术进一步公开了8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸作为可充电锂离子电池负极材料的应用。所述的作为可充电锂离子电池负极材料指的是将8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸与导电剂(SuperP)、粘结剂(PVDF)按重量比为5:4:1在NMP溶液中混合均匀，然后使用刮刀将糊状物涂覆在铜箔上，在100°C下烘干除去NMP，冲制成直径为16mm的极片，在100°C下真空干燥12h，作为可充电锂电池电池的负极使用。实验结果证明：本方法所制备的(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸具有充放电容量高，充电速度快，充放电循环稳定等优点。本专利技术在实验的研究中发现催化剂，氧化剂，溶剂，配体，反应温度和反应物之间的比例等条件对该反应的收率都有很大的影响，因此本专利技术对这些条件都进行了大量的考察和筛选，最终筛选出了该反应的最佳条件。其中，最终选择N,N-二乙基苯胺作为该反应的叔胺和添加四氟硼酸银是提高该反应收率的关键。附图说明图1为不同的电流密度下化合物1放电容量和库伦效率变化图；图2为不同电流密度化合物1所对应的放电容量。具体实施方式下面结合实施例说明本专利技术，这里所述实施例的方案，不限制本专利技术，本领域的专业人员按照本专利技术的精神可以对其进行改进和变化，所述的这些改进和变化都应视为本专利技术的范围内，本专利技术的范围和实质都有权利要求来限定；其中所述的4,4’-二(苯甲酸甲酯)乙炔（MioM.J.,KopelL.C.,BraunJ.B.,etal.One-potsynthesisofsymmetricalandunsymmetricalbisarylethynesbyamodificationoft本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.(8‑羰基螺[4.5]癸‑1,3,6,9‑ 四烯‑1,2,3,4 –四取代) ‑4,4',4'',4'''‑四苯甲酸，具有(Ⅰ)的结构式：
【技术特征摘要】
1.(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸，具有(Ⅰ)的结构式：。2.权利要求1所述(8-羰基螺[4.5]癸-1,3,6,9-四烯-1,2,3,4–四取代)-4,4',4'',4'''-四苯甲酸的制备方法，其特征在于将醋酸钯与N,N-二乙基苯胺，4,4’-二(苯甲酸甲酯)乙炔，一水合醋酸铜，邻菲罗啉，四氟硼酸银按照0.2:2:2:2:0.25:0.3的摩尔比混合，加入溶剂甲醇，反应体系中充满氩气，反应温度控制在100-120oC，24小时后，反应体系抽干溶剂，通过硅胶柱层析分离，得到8-羰基螺[4.5]癸-1,3...
【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，张金相，李春举，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。