含醌聚(亚芳基)、其制备方法以及用于电化学气体分离的用途技术

一种含醌聚(亚芳基)，包括如本文定义的式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)或(VI)的重复单元。含醌聚(亚芳基)可用于复合材料、电极组件、电化学电池、气体分离系统、能量储存器件和电致变色器件。变色器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含醌聚(亚芳基)、其制备方法以及用于电化学气体分离的用途
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年11月10日提交的美国临时申请第63/111,752号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
[0003]联邦研究声明
[0004]本专利技术是在政府支持下完成的，由能源高级研究计划局(ARPA
‑
E)授予的授予号为DE
‑
AR0001248。政府对本专利技术拥有一定的权利。

技术介绍

[0005]从气体混合物中去除目标物种已经成为许多研究和开发的主题。例如，一直在努力通过抑制二氧化碳排放来缓解全球变暖。为此，已经探索了许多方法，例如传统的热方法，以在二氧化碳产生的不同阶段捕获二氧化碳。目标气体去除的其他潜在应用包括直接从空气或通风空气中去除目标气体。
[0006]电摆动吸附(ESA)是从气体混合物中捕获目标气体的替代方法。通常，电摆动吸附电池中的电极包括导电支架和电活性材料。仍然需要用于电摆动吸附的改进材料，包括改进的生产方法。

技术实现思路

[0007]一种包含式(I)至(VI)中至少一种的重复单元的含醌聚(亚芳基)
[0008][0009]其中R1、R2、R3、R4、R6和R7在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1
‑
30氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
30
支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；R8和R9在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1
‑
30氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
30
支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；且Ar是是取代或未取代的C6‑
20
亚芳基，优选取代或未取代的亚苯基或取代或未取代的9,9
‑
二(C1‑
12
烷基)芴基。
[0010]制备含醌聚(亚芳基)的方法，包括在钯催化剂的存在下，在有效提供含醌聚(亚芳基)的条件下将二卤代萘醌、二卤代苯醌或其组合；和取代或未取代的C6‑
20
芳基二硼酸或二硼酸酯结合。
[0011]一种复合材料，其包括设置在基板上的含醌聚(亚芳基)。
[0012]一种电极组件，包括多孔隔膜；和复合材料。
[0013]一种电化学电池，包含该复合材料。
[0014]一种气体分离系统，包括与气体入口和气体出口流体连通的多个电化学电池。
[0015]一种储能器件，包括含醌聚(亚芳基)、复合材料或电化学电池。
[0016]一种电致变色器件，包括含醌聚(亚芳基)、复合材料或电化学电池。
[0017]以下的详细描述举例说明了上述和其他特征。
具体实施方式
[0018]已经开发了多种氧化还原活性聚合物作为电活性材料，特别是那些包括醌部分的聚合物，它们可以在对目标气体具有不同亲和力的氧化态和还原态之间转换。ESA先前已经
用通过Ni(0)催化的Yamamoto聚合制备的含醌聚(亚芳基)聚合物，最显著的包括聚(1,4
‑
蒽醌)证明。聚(亚芳基)显示出ESA应用所需的性能，包括它们的导电性(相对于非共轭聚合物)、稳定性、可加工性和对导电基板的亲和力。然而，由于各种原因，Yamamoto聚合可能是不优选的。例如，Yamomoto聚合可能非常昂贵。
[0019]因此，在本领域中仍然需要一种替代的合成方法，使得含醌聚(亚芳基)能够用于ESA应用。本专利技术人意外地发现，某些含醌聚(亚芳基)可特别用于各种应用，特别是用于进行电化学气体分离。萘醌和苯醌对于掺入到聚合物中是特别令人感兴趣的。这在一定程度上是因为它们有利的还原电位，通常比蒽醌或菲醌衍生物的还原电位的负性低。此外，苯醌和萘醌包括不存在于全苯型结构中，如菲醌或9,10
‑
蒽醌中的反应位点；这些位点提供不同于芳基位置的合成反应性。这种反应性的例子包括高选择性溴化和对Finkelstein反应或直接氰化的敏感性。这种反应性使得能够有效合成多官能单体。在另一个有利的特征中，这些位点还为Suzuki交叉偶联反应提供了优异的反应性。例如，在室温下用无膦的催化剂体系(例如，Pd(OAc)2)可以获得良好的产率。
[0020]本公开内容的含醌聚(亚芳基)可特别用于各种电化学应用，包括但不限于能量储存、电致变色应用和气体分离。在一个具体的方面，含醌聚(亚芳基)可用于电极组件、电化学电池和气体分离系统，以通过电化学方法从气体混合物中分离目标气体(例如，CO2或SO2)。因此，本公开的组合物提供了显著的改进。
[0021]因此，本公开的一个方面是含醌聚(亚芳基)(以下简称为“聚醌”)。聚醌包含式(I)至(VI)中的至少一种的重复单元：
[0022][0023]其中R1、R2、R3、R4、R6和R7在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚
(C1
‑
30氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
30
支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基，优选为氢、卤素、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；R8和R9在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1
‑
30氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
30
支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基，优选为氢、卤素、C1‑6烷基、C1‑6烷氧基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；且Ar是取代或未取代的C6‑
20
亚芳基，优选取代或未取代的亚苯基或取代或未取代的9,9
‑
二(C1‑
12
烷基)芴基；且n为0或1。
[0024]当存在时，Ar基团可以是例如取代或未取代的亚苯基、亚联苯基、芴、噻吩或其组合。在一个方面，Ar优选可以是取代或未取代的亚苯基，并且聚醌包含式(Ia)至(VIa)中的至少一种的重复单元
[0025][0026]其中R1、R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包含式(I)至(VI)中至少一种的重复单元的含醌聚(亚芳基)其中R1、R2、R3、R4、R6和R7在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1‑
30
氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
30
支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；R8和R9在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1‑
30
氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
30
支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；且Ar是取代或未取代的C6‑
20
亚芳基，优选取代或未取代的亚苯基或取代或未取代的9,9
‑
二(C1‑
12
烷基)芴基。2.根据权利要求1所述的含醌聚(亚芳基)，其中n是1，Ar是取代或未取代的亚苯基，并且所述含醌聚(亚芳基)包含式(Ia)至(VIa)中至少一种的重复单元
其中R1、R2、R3、R4、R6和R7在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1‑
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氧化烯)基团；C3‑
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环烷基、C3‑
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支链烷基、C6‑
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芳基、C3‑
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杂芳基、C1‑
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氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；R5在每种情况下独立地为卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1
‑
30氧化烯)基团；C3‑
30
环烷基、C3‑
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支链烷基、C6‑
30
芳基、C3‑
30
杂芳基、C1‑
30
氟烷基、腈基、硝基、羟基、羧酸基、硫醇基或乙烯基；且R8和R9在每种情况下独立地为氢、卤素、C1‑
30
烷基、C1‑
30
烷氧基、聚(C1‑
30
氧化烯)基团；C3‑
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环烷基、C3‑
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支链烷基、C6‑
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芳基、C3‑
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杂芳基、C1‑
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氟烷基、腈基、硝...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡梅伦，
申请(专利权)人：沃道克斯公司，
类型：发明
国别省市：