基于喹吖啶酮的导电聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及储能材料技术领域，具体涉及基于喹吖啶酮的导电聚合物及其制备方法与应用，该基于喹吖啶酮的导电聚合物，如式(Ⅰ)所示：(Ⅰ)式(I)中，n代表平均聚合度，n取10

【技术实现步骤摘要】
基于喹吖啶酮的导电聚合物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及储能材料
，具体涉及基于喹吖啶酮的导电聚合物及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]可再生能源由于其可持续性，是替代化石燃料的理想替代品。大多数可再生能源是间歇性的，如太阳能和风能，导致对储能设备的需求很大。超级电容器作为一种电化学储能装置，与储能设备中的传统电容器和电池相比，超级电容器具有许多理想的特性，如快速充放电速率、灵活性和更高的功率密度，它们具有弥合高能量密度电池和高功率密度电容器之间差距的能力。因此，超级电容器有望满足日益增长的能量存储和传输需求，并在众多储能设备中受到广泛关注。
[0003]比电容性能的改善是目前超级电容器研究的重要方向之一，其中对于电极材料的选择尤为重要。与其他材料相比，导电聚合物具有优异的电化学性质、易于结构修饰、成本低和环境友好等优点，电荷存储可以通过在电极表面和本体的氧化还原反应来实现，是潜在的超级电容器电极材料。喹吖啶酮衍生物在有机光电器件、离子检测、等领域的应用引起了人们广泛的兴趣。吉林大学王悦课题组以2
‑
氨基取代芴为原料合成了一种茚并喹吖啶酮衍生物，研究其溶剂极性、浓度和温度等对分子间氢键的影响，并研究了其成膜性。花建丽课题组利用喹吖啶酮本身高效发光特性和羰基反应活性设计了硫羰基取代喹吖啶酮，并在Hg
2+
探针领域得到应用。
[0004]目前在关于喹吖啶酮在储能和电致变色材料的研究中，基于喹吖啶酮的聚合物通常存在溶解性较差的问题，因此都只能通过电化学聚合成膜方式直接将聚合物附着在透明导电基底上，比如ITO，但由于ITO本身是在玻璃上蒸镀了一层比较致密的导电层氧化铟锡，几乎不存在微孔结构，当通过电化学聚合的方式将基于喹吖啶酮的聚合物薄膜直接加工在ITO外表面，也几乎不会存在微孔结构，将形成平整的表面层，而对于超级电容器而言，需要具有疏松的聚合物膜结构，疏松的聚合物膜结构可以为离子嵌入、脱出提供更多的“通道”，从而提升其电容。现有的基于喹吖啶酮的聚合物因其自身溶解性问题，导致其在应用于储能电极材料时只能通过电化学聚合方式制备，且对聚合时的导电基底也有限制，由于需要通过电化学聚合制备成膜，严重制约了其大面积加工和应用，不利于工业生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于喹吖啶酮的导电聚合物及其制备方法，并将其应用于储能变色电极材料中，以克服现有技术中存在的基于喹吖啶酮的导电聚合物溶解性较差，导致其用作储能电极材料时，只能通过电化学聚合成膜方式制备，不利于大面积加工的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术的第一个目的在于，提供一种基于喹吖啶酮的导电聚合物，如式(Ⅰ)所示：
式(I)中，n代表平均聚合度，n取10
‑
2000。
[0007]喹吖啶酮是含有亚胺基团的分子，通常被用作受体单元，其分子结构上的N原子也可以进行氧化还原反应；丙烯二氧噻吩(proDOT)因其氧化态稳定、导电性好，常被用作p型超级电容器的电极材料。现有的基于喹吖啶酮的导电聚合物存在溶解性较差的问题，因此用作储能电极材料时都只能通过电化学聚合成膜方式制备，而在本专利技术中通过将proDOT引入喹吖啶酮体系，发现不仅改善了聚合物的溶解性，且制备得到的基于喹吖啶酮的导电聚合物可进行溶液加工，即可溶解于溶剂中便于大面积加工使用。
[0008]本专利技术的第二个目的在于，提供一种用于制备以上所述的导电聚合物的方法，包括以下步骤：(1)将喹吖啶酮衍生物、N
‑
溴代丁二酰亚胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺依次加入到反应瓶中，加热避光反应后分离纯化得到如式(Ⅲ)所示的溴化产物，其中所述喹吖啶酮衍生物如式(Ⅱ)所示；(2)将如式(Ⅲ)所示的溴化产物、proDOT、K2CO3、催化剂和新戊酸加入到反应瓶中，并在氮气保护下加入N,N
‑
二甲基甲酰胺，混合加热反应，反应结束后分离纯化得到所述基于喹吖啶酮的导电聚合物，其中所述proDOT如式(Ⅳ)所示；(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)
[0009]作为优选，所述步骤(1)中的喹吖啶酮衍生物、N
‑
溴代丁二酰亚胺的投料物质的量之比为1:2～5。
[0010]作为优选，所述步骤(1)中的N,N
‑
二甲基甲酰胺加入体积以喹吖啶酮衍生物的质量计为8～16mL/g。
[0011]作为优选，所述步骤(2)中的溴化产物、proDOT、K2CO3的投料物质的量之比为1:1:2～3。
[0012]作为优选，所述步骤(2)中的N,N
‑
二甲基甲酰胺加入体积以溴化产物的质量计为10～15mL/g。
[0013]作为优选，所述步骤(1)中的加热避光反应温度为120～140℃，所述步骤(2)中的混合加热反应温度为90～140℃。
[0014]进一步优选，步骤(1)中的分离纯化方法为：反应结束后，用水和二氯甲烷萃取三
次，萃取液浓缩后用无水硫酸钠除水，进行柱层析纯化，以硅胶为固定相，二氯甲烷和石油醚为流动相，收集含目标化合物的洗脱液，旋蒸除溶剂并干燥。
[0015]步骤(2)具体为将如式(Ⅲ)所示的溴化产物(C10QA
‑
2Br)、proDOT、K2CO3和适量的醋酸钯催化剂和新戊酸加入到三颈圆底烧瓶中并在氮气保护下加入干燥的N,N
‑
二甲基甲酰胺，将混合物加热搅拌24小时。将反应混合物冷却至室温，然后在甲醇中沉淀。收集固体，干燥并置于索格利特萃取套管中并分别用甲醇、丙酮、己烷和氯仿洗涤。将氯仿部分浓缩并在甲醇中沉淀，收集固体，干燥并获得呈深色固体的基于喹吖啶酮的导电聚合物。
[0016]本专利技术的第三个目的在于，提供所述的基于喹吖啶酮的导电聚合物或者以上所述的方法制备得到的基于喹吖啶酮的导电聚合物在储能变色电极材料中的应用。
[0017]本专利技术的第四个目的在于，提供一种储能变色电极，包括泡沫镍基底以及附着在所述泡沫镍基底表面的基于喹吖啶酮的导电聚合物。
[0018]本专利技术的第五个目的在于，提供一种用于制备所述的储能变色电极的方法，包括以下步骤：(S.1)将基于喹吖啶酮的导电聚合物溶于有机溶剂，配制成基于喹吖啶酮的导电聚合物溶液；(S.2)将基于喹吖啶酮的导电聚合物溶液喷涂于泡沫镍基底表面，干燥后得到所述储能变色电极。
[0019]作为优选，所述基于喹吖啶酮的导电聚合物溶液组成包括基于喹吖啶酮的导电聚合物和三氯甲烷，溶液中基于喹吖啶酮的导电聚合物的浓度为3～8mg/mL。
[0020]泡沫镍具有疏松多孔的表面形貌，可以作为导电基底，增大与聚合物接触的比表面积，同时泡沫镍本身的多孔结构也可以贡献一定的双电层电容性质，以泡沫镍为导电基底，基于喹吖啶酮的聚合物为电活性材料，有望获得新型的储能变色电极材料，提高其比电容性能。此外，直接喷涂可以实现大面积加工，而电化学聚合只本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于喹吖啶酮的导电聚合物，其特征在于，如式(Ⅰ)所示：(Ⅰ)式(I)中，n代表平均聚合度，n取10
‑
2000。2.一种用于制备权利要求1所述的导电聚合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将喹吖啶酮衍生物、N
‑
溴代丁二酰亚胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺依次加入到反应瓶中，加热避光反应后分离纯化得到如式(Ⅲ)所示的溴化产物，其中所述喹吖啶酮衍生物如式(Ⅱ)所示；(2)将如式(Ⅲ)所示的溴化产物、proDOT、K2CO3、催化剂和新戊酸加入到反应瓶中，并在氮气保护下加入N,N
‑
二甲基甲酰胺，混合加热反应，反应结束后分离纯化得到所述基于喹吖啶酮的导电聚合物，其中所述proDOT如式(Ⅳ)所示；(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的喹吖啶酮衍生物、N
‑
溴代丁二酰亚胺的投料物质的量之比为1:2～5。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的N,N
‑
二甲基甲酰胺加入体积以喹吖啶酮衍...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕晓静，李锦，张诚，崔建坤，刘春燕，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：