一种含硼自点火离子液体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含硼自点火离子液体，含硼自点火离子液体经脱氢环化反应，形成多环共平面结构，使得该类化合物表现出较低的机械感度和较高的热稳定性。该类离子液体拥有更多数量的C

【技术实现步骤摘要】
一种含硼自点火离子液体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及航天推进剂及含能材料领域，尤其涉及的是一种含硼自点火离子液体及其制备方法。

技术介绍

[0002]自点火液体无需点火系统，仅需将液体燃料和氧化剂同时喷入发动机燃烧室内即可自发点火进入工作状态，可简化发动机设计，大幅提高动力设备安全性，因此是最具代表性的液体推进剂。
[0003]含硼类离子液体因具有良好的燃烧特性、较低的粘度等性能，是近年来自燃离子液体推进剂领域的研究前沿、热点。但已报道的含硼类离子液体主要为硼烷类离子液体，现有的硼烷类离子液体普遍存在热稳定性较差的问题。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种含硼自点火离子液体及其制备方法，旨在解决现有技术中硼烷类离子液体的热稳定性差的问题。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种含硼自点火离子液体，其中，所述含硼自点火离子液体的结构通式为：
[0008][0009]其中，X1选自N、CH或CNO2之一，X2选自N、CH或CNO2之一；M
⊕
选自咪唑鎓、氢化咪唑鎓、吡咯鎓、氢化吡咯鎓、吡啶鎓或氢化吡啶鎓中的一种或多种。
[0010]所述的含硼自点火离子液体，其中，
[0011]所述咪唑鎓为：
[0012][0013]所述氢化吡咯鎓为：
[0014][0015]所述吡啶鎓为：
[0016][0017]所述氢化吡啶鎓为：
[0018][0019]其中，R1、R2为1到18个C的烷基或不饱和烷基。
[0020]所述的含硼自点火离子液体，其中，所述含硼自点火离子液体的结构式为：
[0021][0022]其中，所述含硼自点火离子液体的分解温度大于280℃。
[0023]一种含硼自点火离子液体的制备方法，其中，包括步骤：
[0024]分别溶解联多氮唑化合物和硼氢化物得到联多氮唑化合物溶液和硼氢化物溶液；
[0025]在惰性气体保护下，在第一温度下搅拌所述联多氮唑化合物溶液，并在滴加所述硼氢化物溶液后，在第二温度下持续搅拌，反应得到含硼自点火阴离子的盐溶液，反应完成后进行淬灭；其中，所述第二温度大于所述第一温度；
[0026]在惰性气体保护下，在第二温度下搅拌所述含硼自点火离子的盐溶液，并加入M
⊕
的卤代盐后，持续搅拌，反应得到含硼自点火离子液体与无机氯化物的沉淀混合溶液；
[0027]将所述含硼自点火离子液体与无机氯化物沉淀的混合溶液经过滤、去除溶剂得到含硼自点火离子液体；
[0028]其中，所述联多氮唑化合物的结构通式为：
[0029][0030]其中，X1选自N、CH或CNO2之一，X2选自N、CH或CNO2之一；M
⊕
选自咪唑鎓、氢化咪唑鎓、吡咯鎓、氢化吡咯鎓、吡啶鎓或氢化吡啶鎓中的一种或多种。
[0031]所述的含硼自点火离子液体的制备方法，其中，所述硼氢化物包括硼氢化钾、硼氢化钠中的一种或多种；
[0032]所述M
⊕
的卤代盐中的卤素为氯或溴。
[0033]所述的含硼自点火离子液体的制备方法，其中，溶解所述联多氮唑化合物的溶剂包括乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯中的一种或多种，溶解所述硼氢化物的溶剂包括甲醇、乙醇、二氯甲烷、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯中的一种或多种。
[0034]所述的含硼自点火离子液体的制备方法，其中，滴加所述硼氢化物溶液时，所述联多氮唑化合物与所述硼氢化物的摩尔比为1:1～2；
[0035]加入M
⊕
的卤代盐时，所述联多氮唑化合物与所述M
⊕
卤代盐中卤素的摩尔比为1:1。
[0036]所述的含硼自点火离子液体的制备方法，其中，所述第一温度为
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10℃～10℃，所述第二温度为0℃～50℃；各持续搅拌的时间均为5h～24h。
[0037]所述的含硼自点火离子液体的制备方法，其中，采用稀盐酸进行淬灭。
[0038]一种如上所述的含硼自点火离子液体在航天推进剂上的应用。
[0039]有益效果：含硼自点火离子液体经脱氢环化反应，形成多环共平面结构，使得该类化合物表现出较低的机械感度和较高的热稳定性。该类离子液体拥有更多数量的C
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N键和更高的环张力，使其相对于单环、联环等杂环化合物，拥有更高的生成焓和更高的密度，因而具有更高的装填密度。
附图说明
[0040]图1是本专利技术实施例中含硼自点火离子液体的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0042]本专利技术提供了一种含硼自点火离子液体的一些实施例。
[0043]本专利技术的含硼自点火离子液体的结构通式为：
[0044][0045]其中，X1选自N、CH(即次甲基)或CNO2(即硝基季碳基团)之一，X2选自N、CH或CNO2之一；M
⊕
选自咪唑鎓、氢化咪唑鎓、吡咯鎓、氢化吡咯鎓、吡啶鎓或氢化吡啶鎓中的一种或多种。
[0046]值得说明的是，本申请的含硼自点火离子液体属于富氮稠环化合物，其分子结构具有共平面特性，由于π电子在大平面稠环内的离域共振以及稠环之间产生的π
‑
π堆积，此类化合物不仅拥有较高的密度和生成焓，还表现出较低的感度和较高的热稳定性。
[0047]具体地，含硼自点火离子液体中阴离子形成三个五元环，且三个五元环中B和N元素的未共用电子以及C元素的π电子形成π
‑
π共轭，使得三个五元环中各元素位于同一平面内，形成共平面的结构。这种三个五元环形成π
‑
π共轭有利于提高含硼自点火离子液体的热稳定性。而且含硼自点火离子液体中阴离子形成共平面的结构有利于多个阴离子之间产生的π
‑
π堆积，进一步提高含硼自点火离子液体的热稳定性。
[0048]含硼自点火离子液体的结构有如下几种：
[0049][0050]X1和X2采用CNO2时，硝基季碳基团中硝基吸引该硝基季碳基团中季碳原子的电子，有利于提高的稳定性，从而提高含硼自点火离子液体的稳定性。
[0051]值得说明的是，“自点火”离子液体是近年来发展起来的一类新型火箭推进剂材料，它具有极低的蒸汽压，不仅比肼类燃料更安全、绿色环保、可操作的液态区间宽，同时燃烧时仅释放出环境友好的气体产物如水蒸气、氮气和二氧化碳等，具有低特征信号的优势。离子液体(盐)经过稠环化修饰后密度和热稳定性可到有效的提高，并同时拥有良好的安全性和能量性质。因此，本专利技术提供的一种含硼自点火离子液体相比硼烷类自点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含硼自点火离子液体，其特征在于，所述含硼自点火离子液体的结构通式为：其中，X1选自N、CH或CNO2之一，X2选自N、CH或CNO2之一；M
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选自咪唑鎓、氢化咪唑鎓、吡咯鎓、氢化吡咯鎓、吡啶鎓或氢化吡啶鎓中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的含硼自点火离子液体，其特征在于，所述咪唑鎓为：所述氢化吡咯鎓为：所述吡啶鎓为：所述氢化吡啶鎓为：其中，R1、R2为1到18个C的烷基或不饱和烷基。3.根据权利要求1所述的含硼自点火离子液体，其特征在于，所述含硼自点火离子液体的结构式为：其中，所述含硼自点火离子液体的分解温度大于280℃。4.一种含硼自点火离子液体的制备方法，其特征在于，包括步骤：分别溶解联多氮唑化合物和硼氢化物得到联多氮唑化合物溶液和硼氢化物溶液；在惰性气体保护下，在第一温度下搅拌所述联多氮唑化合物溶液，并在滴加所述硼氢化物溶液后，在第二温度下持续搅拌，反应得到含硼自点火阴离子的盐溶液，反应完成后进
行淬灭；在惰性气体保护下，在第二温度下搅拌所述含硼自点火离子的盐溶液，并加入M
⊕
的卤代盐后，持续搅拌，反应得到含硼自点火离子液体与无机氯化物的沉淀混合溶液；将所述含硼自点火离子液体与无机氯化物沉淀的混合溶液经过滤、去除溶剂得到含硼自点火离子液体；其中，所述联多氮唑化合物的结构通式为：其中，X1选自N、CH或CNO2之一，X2选自N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振元，张嘉恒，王密，韩知璇，张计传，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：