【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及异咯嗪化合物、制备方法及其在制备柔性无粘结剂锌离子电池正极材料中的应用。属于柔性锌离子电池制备。
技术介绍
1、近年来，科技的迅猛发展显著推动了柔性储能技术的前进，为便携式和可穿戴设备的创新注入了新的活力。随着市场对于便携设备种类的需求迅速增长，各式各样的产品如小巧精致的智能手表、紧贴肌肤的医疗检测设备、皮肤传感器以及可折叠智能手机等应运而生。这些柔性电子设备的性能极大地依赖于其储能组件，而储能设备的尺寸和机械性能在很大程度上决定了可穿戴设备在多种使用场景下的适用性。因此，开发既安全又高效的柔性储能设备，对可穿戴电子产品的未来发展至关重要。然而，当前市场上大多数商用电池都采用了包含有机电解质和碱金属的组件，这些材料的易燃性和有机电解质的毒性往往会引发环境污染和火灾等安全隐患。考虑到这些严重的安全问题，采用安全系数高的水系电解质的水系锌离子电池(azibs)逐渐成为柔性储能领域的新星，被视为极具潜力的柔性储能器件候选者。
2、在现有的有机电极材料中，有机羰基和亚胺类化合物作为高性能正极材料在azibs中的应用越来越受到关注。羰基和亚胺类有机正极(如醌类和吡嗪类)因为富含氧化还原反应的高活性位点，已经被广泛研究。它们的储锌机制主要是通过c＝o或c＝n键的可逆电离，作为锌离子嵌入/脱嵌的有效活性位点。理论上，具有较低分子量和丰富活性基团的醌类分子可以获得较高的理论容量。
3、近年来，受生物体内生物能量代谢的启发，人们研究了生物体中进行氧化还原行为的部分，这些生物激发的氧化还原活性部分能够在充放电过
4、为了平衡水系锌离子电池正极的柔性与高性能，制备出高性能的柔性锌离子电池正极材料，开发同时满足两种需求的基底材料势在必行。利用mxene的基底优势，构筑柔性无粘合剂的杂化纳米正极，使用聚乙烯醇(pva)水凝胶电解质，并应用于azibs。改善了有机正极的导电性和循环过程中的应力应变能力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供异咯嗪化合物、制备方法及其在制备柔性无粘结剂锌离子电池正极材料中的应用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
3、1、异咯嗪化合物，选自嘧啶并[5,4-g]蝶啶-2,4,6,8(1h,3h,7h,9h)-四酮(ppt)、萘并[2,3-g]蝶啶-2,4,6,11(1h,3h)-四酮(npt)、苯并[1,2-g:5,4-g']二蝶啶-2,4,6,8,10,13(1h,3h,9h,11h)-己酮(bdh)中的任一种，它们的化学结构式如下：
4、
5、2、前述异咯嗪化合物的制备方法：先将四氧嘧啶一水合物和反应物2加入反应容器中，接着加入冰醋酸混合均匀，然后将硼酸醋酸溶液缓慢滴入反应容器中，加热搅拌反应，后处理即得异咯嗪化合物；其中，反应物2为5,6-氨基-2,4(1h,3h)-嘧啶二酮、2,3-二氨基萘-1,4-二酮或者2,3,5,6-四(氨基)对苯醌，对应的异咯嗪化合物分别为前述的ppt、npt、bdh。
6、反应式如下：
7、
8、优选的，当化合物2为5,6-氨基-2,4(1h,3h)-嘧啶二酮、2,3-二氨基萘-1,4-二酮时，四氧嘧啶一水合物与化合物2的摩尔比为1：1～3，进一步优选为1：1～1.5；当化合物2为2,3,5,6-四(氨基)对苯醌时，四氧嘧啶一水合物与化合物2的摩尔比为2～4：1，进一步优选为2～3：1。
9、进一步优选的，四氧嘧啶一水合物与硼酸醋酸溶液中所含硼酸的摩尔比为1：1，四氧嘧啶一水合物与冰醋酸的用量比为1mmol：15ml，其中，所述硼酸醋酸溶液是将硼酸利用其10倍摩尔比的冰醋酸溶解而得。
10、进一步优选的，加热搅拌反应的工艺条件为：搅拌速率500rpm，温度60℃，搅拌时间4～7h；搅拌时间进一步优选为4～6h。
11、进一步优选的，后处理包括：自然冷却至室温，真空抽滤得到沉淀，依次使用去离子水和乙醇洗涤2～3次，然后放入真空干燥箱干燥12h。
12、3、前述异咯嗪化合物在制备柔性无粘结剂锌离子电池正极材料中的应用。
13、4、一种柔性无粘结剂锌离子电池正极材料(bm)，以前述异咯嗪化合物作为活性材料，以mxene作为柔性基底复合制备。
14、优选的，mxene是通过以下方法制备得到的：先向浓盐酸中缓慢加入氟化锂，室温混合，小心加入ti3alc2粉末，加热搅拌反应，后处理即得。
15、进一步优选的，浓盐酸、氟化锂、ti3alc2粉末的用量比为60ml：2g：2g，浓盐酸的浓度为9mol/l；室温混合时间为20min。
16、进一步优选的，加热搅拌反应的工艺条件为：搅拌速率500rpm，温度40℃，搅拌时间24h。
17、进一步优选的，后处理包括：经过反复的离心和去离子水清洗，直到溶液的ph值超过6；为了将所制备的mxene(ti3c2tx)片层分离，将其溶解分散在去离子水中，在氮气保护下超声处理1h，以尽量减少氧化，得到ti3c2tx溶液；最后，将ti3c2tx溶液以4000rpm的速度离心1h，得到单层或少层的mxene悬浮液；其中，mxene与去离子水的用量比为：1g：50ml。
18、更进一步优选的，正极材料是通过以下方法制备得到的：先将异咯嗪化合物加入到无水乙醇中，经过超声处理，然后再加入前述mxene悬浮液，在冰浴环境下进行超声处理，旋蒸除去乙醇，真空干燥即得。
19、更进一步优选的，异咯嗪化合物、mxene悬浮液的质量比为1：0.5～3，更进一步优选为1：2～3，其中异咯嗪化合物的乙醇溶液的浓度为1mg ml-1
20、更进一步优选的，将异咯嗪化合物加入无水乙醇后的超声时间为0.5h，加入mxene悬浮液后的冰浴超声时间为1h。
21、更进一步优选的，旋蒸除去乙醇的工艺条件为：旋转蒸发仪的转速设置为100rpm，温度40℃。
22、更进一步优选的，真空干燥的温度为40℃，干燥时间为6h。
23、5、前述正极材料在制备柔性锌离子电池中的应用。
24、优选的，所述锌离子电池是将含有前述正极材料的碳布正极与锌沉积碳布、pva水凝胶电解质以三明治结构组装并封装而得。
25、进一步优选的，所述碳布正极是通过以下方法制备得到的：先将炭黑均匀分散于n-甲基吡咯烷酮(nmp)中，接着加入前述正极材料，在密封条件下搅拌混匀，得到浓稠状态合适的浆料，然后将本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.异咯嗪化合物，其特征在于，选自嘧啶并[5,4-g]蝶啶-2,4,6,8(1H,3H,7H,9H)-四酮、萘并[2,3-g]蝶啶-2,4,6,11(1H,3H)-四酮、苯并[1,2-g:5,4-g']二蝶啶-2,4,6,8,10,13(1H,3H,9H,11H)-己酮中的任一种，它们的化学结构式如下：
2.权利要求1所述异咯嗪化合物的制备方法，其特征在于，先将四氧嘧啶一水合物和反应物2加入反应容器中，接着加入冰醋酸混合均匀，然后将硼酸醋酸溶液缓慢滴入反应容器中，加热搅拌反应，后处理即得异咯嗪化合物；其中，反应物2为5,6-氨基-2,4(1H,3H)-嘧啶二酮、2,3-二氨基萘-1,4-二酮或者2,3,5,6-四(氨基)对苯醌，对应的异咯嗪化合物分别为PPT、NPT、BDH。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当化合物2为5,6-氨基-2,4(1H,3H)-嘧啶二酮、2,3-二氨基萘-1,4-二酮时，四氧嘧啶一水合物与化合物的摩尔比为1：1～3；当化合物2为2,3,5,6-四(氨基)对苯醌时，四氧嘧啶一水合物与化合物的摩尔比为2～4：1。>
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，四氧嘧啶一水合物与硼酸的摩尔比为1：1，四氧嘧啶一水合物与冰醋酸的用量比为1mmol：15mL，其中，所述硼酸醋酸溶液是将硼酸利用10倍摩尔比的冰醋酸溶解而得。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，加热搅拌反应的工艺条件为：搅拌速率500rpm，温度60℃，搅拌时间4～7h。
6.权利要求1所述异咯嗪化合物在制备柔性无粘结剂锌离子电池正极材料中的应用。
7.一种柔性无粘结剂锌离子电池正极材料，其特征在于，以权利要求1所述异咯嗪化合物作为活性材料，以MXene作为柔性基底。
8.根据权利要求7所述的一种柔性无粘结剂锌离子电池正极材料，其特征在于，MXene是通过以下方法制备得到的：先向浓盐酸中缓慢加入氟化锂，室温混合，小心加入Ti3AlC2粉末，加热搅拌反应，后处理即得。
9.权利要求7所述正极材料在制备柔性锌离子电池中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述锌离子电池是将含有前述正极材料的碳布正极与锌沉积碳布、PVA水凝胶电解质以三明治结构组装并封装而得。
...【技术特征摘要】
1.异咯嗪化合物，其特征在于，选自嘧啶并[5,4-g]蝶啶-2,4,6,8(1h,3h,7h,9h)-四酮、萘并[2,3-g]蝶啶-2,4,6,11(1h,3h)-四酮、苯并[1,2-g:5,4-g']二蝶啶-2,4,6,8,10,13(1h,3h,9h,11h)-己酮中的任一种，它们的化学结构式如下：
2.权利要求1所述异咯嗪化合物的制备方法，其特征在于，先将四氧嘧啶一水合物和反应物2加入反应容器中，接着加入冰醋酸混合均匀，然后将硼酸醋酸溶液缓慢滴入反应容器中，加热搅拌反应，后处理即得异咯嗪化合物；其中，反应物2为5,6-氨基-2,4(1h,3h)-嘧啶二酮、2,3-二氨基萘-1,4-二酮或者2,3,5,6-四(氨基)对苯醌，对应的异咯嗪化合物分别为ppt、npt、bdh。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，当化合物2为5,6-氨基-2,4(1h,3h)-嘧啶二酮、2,3-二氨基萘-1,4-二酮时，四氧嘧啶一水合物与化合物的摩尔比为1：1～3；当化合物2为2,3,5,6-四(氨基)对苯醌时，四氧嘧啶一水合物与化合物的摩尔比为2～4：1。
4.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐卫华，赖义亮，曾珍，唐键，刘爽，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：
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