吡嗪类离子液体、离子液体电解液及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种吡嗪类离子液体，该吡嗪类离子液体具有如下结构式：其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。上述吡嗪类离子液体较传统的烷基吡嗪类离子液体的熔点更低；而且甲氧基烷基的引入使得上述吡嗪类离子液体具有功能化的醚键，能增加上述吡嗪类离子液体对相应物质的溶解能力；同时上述吡嗪类离子液体还具有离子液体共有的优点。本发明专利技术还提供了一种吡嗪类离子液体的制备方法，该制备方法工艺简单、反应易于控制、产物收率较高、适于工业化生产。此外，吡嗪类离子液体具有优良的电化学性能，能用于制备锂离子电池的电解液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及离子液体
，特别是涉及一种吡嗪类离子液体、离子液体电解液及制备方法和应用。
技术介绍
离子液体（Ionic liquids）是指在室温范围内（一般为100℃以下）呈液态，由有机阳离子和无机阴离子构成的离子化合物。早在1914年，人们就发现了第一种离子液体—硝基乙胺，但其后离子液体的研究进展缓慢，直到1992年，Wikes领导的研究小组合成了具有低熔点、抗水解、稳定性强等优点的离子液体—1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[EMIM]BF4）后，离子液体的研究才得以迅速发展，随后开发出了一系列的离子液体体系。离子液体具有一系列突出的优点：（1）熔点低于或接近室温，呈液态的温度范围宽；（2）蒸气压低、几乎不挥发、无色、无嗅；（3）具有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；（4）良好的溶解特性，对很多无机物和有机物都表现出良好的溶解能力；（5）无着火点且不易燃烧；（6）可循环使用，不污染环境等。最初的离子液体主要用于电化学研究，随着科技的发展离子液体作为一类新型绿色溶剂、介质、催化剂，在有机合成、催化反应、萃取分离、材料制备、天然高分子、电化学等领域的研究取得了许多令人满意的结果，受到了广泛的关注。但是不同领域对离子液体的要求有所不同，为满足各个领域的要求，研究者的工作主要集中在合成新型离子液体和对合成的新型离子液体的应用等方面。传统的用于电化学领域的离子液体普遍存在比容量和电导率不高的问题，限制了其进一步应用。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种比容量和电导率较高的吡嗪类离子液体及其制备方法。一种吡嗪类离子液体，具有如下结构式：其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-。一种吡嗪类离子液体的制备方法，包括如下步骤：在保护气体氛围下，按照吡嗪与卤代烷的摩尔比为1:1.05~1:1.2的比例，将吡嗪与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到具有如下结构式的N-甲氧基烷基吡嗪卤化物：其中，RX为所述卤代烷，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；将所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的所述离子液体：其中，MY为所述无机盐，M+为Na+、K+或NH4+，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-，所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1~1:1.1，所述N-甲氧基吡嗪卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL。在其中一个实施例中，所述吡嗪与所述卤代烷的摩尔比为1:1.1。在其中一个实施例中，所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与所述无机盐的摩尔比为1:1.05。在其中一个实施例中，还包括在将所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应后对离子液体进行分离纯化的步骤，所述分离纯化的过程包括如下步骤：将反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取多次，合并萃取液后，再用去离子水对合并的萃取液进行反萃直至用Ag+滴定检测无沉淀产生，收集二氯甲烷相；对所述二氯甲烷相进行旋转蒸发处理除去二氯甲烷，干燥后即得到纯化的所述吡嗪类离子液体。上述吡嗪类离子液体的有机阳离子为N-甲氧基烷基吡嗪离子，相对于传统的吡嗪类离子液体的有机阳离子N-烷基吡嗪离子，在碳原子数目相同的情况下，甲氧基烷基的引入增加了吡嗪类离子液体的有机阳离子的结构的不对称性，使阴阳离子不能规则地堆积成晶体，从而削弱阴阳离子间的作用力，熔点也随之下降，因此，上述吡嗪类离子液体较传统的烷基吡嗪类离子液体的熔点更低；而且甲氧基烷基的引入使得上述吡嗪类离子液体具有功能化的醚键，能增加上述吡嗪类离子液体对物质的溶解能力。同时上述吡嗪类离子液体还具有离子液体共有的优点，如液体状态温度范围宽，蒸汽压低、不易挥发，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口，对大量的无机和有机物质具有良好的溶解能力，并具有溶剂和催化剂的双重功能，可作为许多化学反应的溶剂或催化活性载体等。通过性能检测，上述吡嗪类离子液体具有比传统离子液体更高的电导率和比容量。上述吡嗪类离子液体的制备方法，首先通过吡嗪和卤代烷反应制备出N-甲氧基烷基吡嗪卤化物，然后将含有目标阴离子的无机盐和N-甲氧基烷基吡嗪卤化物进行离子交换反应，纯化干燥离子交换反应后的产物，即得到吡嗪类离子液体。上述方法工艺简单、反应易于控制、产物收率较高（82%~85%）、适于工业化生产，制备得到的吡嗪类离子液体具有优良的电化学性能，能应用于超级电容器、锂离子电池等领域。此外，还有必要提供一种具有较高的电导率和比容量的离子液体电解液及其制备方法。一种离子液体电解液，包括分散在有机溶剂中的离子液体及锂盐；所述离子液体与所述有机溶剂的质量比为1:10~1:1，所述锂盐与所述有机溶剂的质量比为1:20~1:10；其中，所述离子液体为吡嗪类离子液体，具有如下结构式：R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-；所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯及碳酸丙烯酯的混合液，其中，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯及碳酸丙烯酯的体积比为1~3:2~5:1:1；所述锂盐为LiBF4、LiPF6、LiSO3CF3或LiTFSI。一种离子液体电解液的制备方法，包括如下步骤：在保护气体氛围下，按照吡嗪与卤代烷的摩尔比为1:1.05~1:1.2的比例，将吡嗪与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到如下结构式的N-甲氧基烷基吡嗪卤化物，其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；按照摩尔比为1:1~1∶1.1，将所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与无机盐M+Y-及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的吡嗪类离子液体：其中，M+为Na+、K+或NH4+，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-，所述N-甲氧基吡嗪卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL；按照碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯及碳酸丙烯酯的体积比为1~3:2~5:1∶1的比例将所述碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯及碳酸丙烯酯混合制备有机溶剂；按照所述吡嗪类离子液体与所述有机溶剂的质量比为1∶10~1:1的比例向所述有机溶剂中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吡嗪类离子液体，其特征在于，具有如下结构式：其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y?为BF4?、PF6?、(CF3SO2)2N?或CF3SO3?。

【技术特征摘要】
1.一种吡嗪类离子液体，其特征在于，具有如下结构式：
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或
CF3SO3-。
2.一种吡嗪类离子液体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
在保护气体氛围下，按照吡嗪与卤代烷的摩尔比为1:1.05~1:1.2的比例，将
吡嗪与卤代烷在60~80℃下搅拌反应，得到如下结构式的N-甲氧基烷基吡嗪卤
化物，
其中，R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4，X为卤素；
按照摩尔比为1:1~1∶1.1，将所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与无机盐M+Y-及去离子水在室温下搅拌反应，得到具有如下结构式的吡嗪类离子液体：
其中，M+为Na+、K+或NH4+，Y-为BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-或CF3SO3-，所
述N-甲氧基吡嗪卤化物的摩尔量与所述去离子水的体积比为1mol:200~300mL。
3.如权利要求2所述的吡嗪类离子液体的制备方法，其特征在于，所述吡
嗪与所述卤代烷的摩尔比为1:1.1。
4.如权利要求2所述的吡嗪类离子液体的制备方法，其特征在于，所述
N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与所述无机盐的摩尔比为1∶1.05。
5.如权利要求2所述的吡嗪类离子液体的制备方法，其特征在于，还包括
在将所述N-甲氧基烷基吡嗪卤化物与无机盐及去离子水在室温下搅拌反应后对
离子液体进行分离纯化的步骤，所述分离纯化的过程包括如下步骤：
将反应后得到的混合液用二氯甲烷萃取多次，合并萃取液后，再用去离子
水对合并的萃取液进行反萃直至用Ag+滴定检测无沉淀产生，收集二氯甲烷相；
对所述二氯甲烷相进行旋转蒸发处理除去二氯甲烷，干燥后即得到纯化的
所述吡嗪类离子液体。
6.一种离子液体电解液，其特征在于，包括有机溶剂及分散在所述有机溶
剂中的吡嗪类离子液体及锂盐；所述离子液体与所述有机溶剂的质量比为
1:10~1:1，所述锂盐与所述有机溶剂的质量比为1:20~1:10；其中，所述吡嗪类
离子液体具有如下结构式：
R为CH3O(CH2)n，n为2、3或4；Y-为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，刘大喜，王要兵，钟辉，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：