一种硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物的制备方法及其电化学储能方面的应用技术

本发明专利技术的金属有机配合物是在水热条件下，通过调节反应温度、时间、溶剂比及pH值以获得其适宜的合成条件，以柔性配体1,2‑二(4‑硝基‑1H‑咪唑基)乙烷、磷钼酸、二水合醋酸铜为原料合成的。所得目标化合物以单晶X射线衍射分析及红外光谱(IR)表征后，可确定其分子式为C

Preparation of a copper complex of nitroimidazole polyoxometalate and its application in electrochemical energy storage

【技术实现步骤摘要】
一种硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物的制备方法及其电化学储能方面的应用
本专利技术涉及电化学材料领域，尤其是硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物及其制备方法和应用。
技术介绍
多金属氧酸盐（polyoxometalates，POMs，简称为多酸）是一类形状可控、结构多变的无机金属簇，由于活性高、选择性好，它常被用于催化、光、电、磁等多个领域。但在应用过程中，它也体现了自身不足的一面——在水中溶解度大。这一不足严重影响了多酸的应用效果和范围。为解决这一问题，人们在专利技术过程中将多酸作为合成金属有机配合物的材料，利用构筑高维结构从而对多酸起到固定作用，以此降低它在水中的溶解度。由于多酸本身具有较高稳定性的阴离子骨架结构,而且处于其阴离子表面的氧原子配位能力很强，因此，与有机物作用生成金属有机配合物这一方法具有比较高的实际操作性。同多钼酸盐作为多酸的一种，常被应用于金属有机配合物的合成中。它具有多种不同结构组成的异构多钼酸盐，如：{Mo4}，{Mo6}，{Mo8}，{Mo10}，{Mo36}，{Mo132}，{Mo154}，{Mo176}，{Mo248}，{Mo368}等，其中{Mo6}和{Mo8}常用作无机结构单元参与构建具有不同拓扑结构的金属有机化合物。在金属有机配合物的专利技术中，除无机结构单元外，其他许多因素也会对合成结果造成影响，如温度、溶剂比、pH值等。除此之外，有机配体的选择也占据专利技术过程中重要的一环，它们的结构差异可能对金属有机配合物的结构和性能产生直接影响[6-8]。杂环化合物——咪唑及其衍生物经常被作为有机配体参与金属有机配合物的合成。这是由于咪唑中芳香环的存在使其具有刚性，而这种特性使得咪唑或其衍生物能够对金属离子产生强配位能力，从而降低构筑高维度材料的难度，有利于生成相应的金属有机配合物[9]。到目前为止，在水热和溶剂热条件下，咪唑或苯并咪唑等有机物以及其相关衍生物已被用来构建金属有机配合物。然而，硝基咪唑的衍生物迄今尚未被引入到基于POMs的金属有机配合物中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，是提供一种新型硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物，该配合物为具有三维超分子结构，可作为电化学材料而具有潜在的应用价值。本专利技术还要解决的技术问题，是提供上述配合物的制备方法。本专利技术最后要解决的技术问题，是提供上述配合物的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物，其特征在于该配合物的化学名称为1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷-多钼酸铜配合物。本专利技术技术方案所述的配合物具有二维层状结构，配合物晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为：a=11.2528Å，b=25.6603Å，c=22.9680Å,α=90°β=92°γ=90°，V=6627.2Å3。在晶体中具有一维链状结构并能扩展成具有梯子状的二维层状结构。本专利技术技术方案还提供了一种硝基-多金属氧酸盐铜配合物的制备方法，该方法包括如下步骤：在酸性条件下，将1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷、磷钼酸和乙酸铜混合后搅拌均匀得到反应液，将该反应液装入反应釜中进行140°C、96h的水热反应，然后降温结晶所得晶体依次经过滤、洗涤、干燥后便可得到多得到硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物的橙色晶体；本专利技术所述的配合物的制备方法中：1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷、磷钼酸和乙酸铜的摩尔比为2.5︰1︰5。本专利技术所述的配合物的制备方法中：酸性条件的pH值为2。本专利技术所述的配合物的制备方法中：反应液装入反应釜中在140ºC条下结晶4天，以10℃·h-1降温至100℃，然后关闭反应缓慢降至室温。本专利技术所述的配合物的制备方法中：其特征在于：1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷的制备方法是先将氢氧化钠、4-硝基咪唑和二甲基亚砜在70°C反应两个小时，接着缓慢加入1,2-二溴乙烷再反应两个小时，反应溶液通过蒸馏水使产物析出并提纯，经过干燥，得到米色粉末状固体即为1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷。本专利技术技术方案1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷的制备方法中：氢氧化钠、4-硝基咪唑和1,3-二溴乙烷的摩尔比为2︰2︰1。本专利技术技术方案1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷的制备方法中：所述反应溶液与蒸馏水的体积比为1︰2。本专利技术技术方案1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷的制备方法中：反应溶剂为二甲基亚砜。本专利技术技术方案1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷的制备方法中：析出所用的溶剂为水。此配合物经过晶体X-射线衍射数据，红外光谱的表征，以及电化学测试。利用配合物作为活性材料制备成泡沫镍电极并对其进行了测定，观察其是否具有制备成超级电容器的潜质。结果如下：材料在循环伏安法测试和恒电流充放电测试中呈现出赝电容的特性，表明其电化学特性的本质源于Cu离子的氧化还原。该材料在电流密度分别为0,5、1.0、2.0、3.0、4.0、8A·g-1时，比电容分别为381.3、370.8、341.2、339.3、3188、277.6F·g-1，比电容较高。在循环性测试中电容保持率约为91%，循环性能良好，明确该电容器是否能够被重复多次使用。在阻抗测试中，测得该材料制成的超级电容器电极液接电阻为0.4Ω，电阻较低。有益效果：本专利技术公开的多酸制备的金属有机配合物仍然具有良好的氧化还原性以及成为制备超级电容器材料的潜在能力。随着化学材料技术的不断进步和迅猛发展，其不仅会给新型材料工程和新型材料合成提供发展机遇，更会在提高能源效率、降低制造成本、倡导节能减排、创建环境友好型社会等方面有着重大的意义。本专利技术方法通过简单的合成路线得到了晶体纯度大于75%。并且该配合物可直接用作超级电容器的电极材料，在电化学储能方面表现出电容量高，可多次循环使用，电阻较低的特点。附图说明图1为本专利技术配合物的结构图。图2为1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷化学结构式。图3为本专利技术配合物的红外光谱图。图4为本专利技术配合物的2D层状结构图。图5本专利技术配合物不同扫速下的循环伏安曲线。图6为本专利技术配合物不同电流密度下的充放电曲线。图7为本专利技术配合物不同电流密度下的比电容变化。图8为本专利技术配合物电容器的循环CV图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物，其特征在于该配合物的化学名称为1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷-磷钼酸铜配合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物，其特征在于该配合物的化学名称为1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷-磷钼酸铜配合物。


2.权利要求1所述的硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物，其特征在于：所述的配合物具有二维层状结构，配合物晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为：a=11.2528Å，b=25.6603Å，c=22.9680Å,α=90°β=92°γ=90°，V=6627.2Å3。


3.权利要求1所述的硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物的制备方法，其特征在于；该方法包括如下步骤：在酸性条件下，将1,2二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷、磷钼酸和乙酸铜混合后搅拌均匀得到反应液，将该反应液装入反应釜中进行140°C、96h的水热反应，然后降温结晶所得晶体依次经过滤、洗涤、干燥后便可得到多得到硝基咪唑-多金属氧酸盐铜配合物的橙色晶体。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：1,2-二（4-硝基-1H-咪唑基）乙烷、磷钼酸和乙酸铜的摩尔比为2.5︰1︰5。

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：南京农业大学，吴华，
类型：发明
国别省市：江苏;32