[發明專利]一種共軛多孔聚合物電容材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201611242304.4
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106750293B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 賴文勇;李祥春;王春玉;萬一;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08G12/26;H01G11/48
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明公開了一種共軛多孔聚合物電容材料及其制備方法與應用，該共軛多孔聚合物的化學結構通式含有三并咔唑結構單元。制備方法為將三并咔唑硝化反應得三硝基?三并咔唑，用三硝基?三并咔唑制備三氨基?三并咔唑，最后將三并咔唑與醛基或者酸酐鏈接形成共軛多孔聚合物，即得電容材料。本發明共軛多孔聚合物電容材料在能源儲存領域應用廣泛，可實現多次循環充放電，比電容衰減率低，循環穩定定好，材料結構新穎，且制備方法簡單、成本低廉，是一種極具應用潛力的電容材料。

技術領域

本發明屬于光電材料與應用技術領域，具體涉及一種共軛多孔聚合物電容材料及其制備方法與應用。

背景技術

人類社會近百年來飛速發展，地球上的能源消耗越來越多。隨著能源與動力需求的不斷增加，我們迫切需要尋求適用于先進能源存儲設備的新的電極材料。其中超級電容器是一種介于傳統靜電電容器和蓄電池之間的存儲裝置。超級電容器不僅具有較長的使用壽命、良好的穩定性，而且具有較高的比容量和功率密度，所以它在現代能量存儲方面將發揮越來越重要的作用。超級電容器的電化學性能主要取決于電極材料的性能。其中活性炭材料由于其價格便宜、制備簡單、電化學穩定性高等特點，是最先被應用于超級電容器的電極材料。近年來，金屬氧化物、導電聚合物和金屬有機配位聚合物等材料也越來越引起人們的注意。共軛多孔聚合物是作為一種新型的多孔純有機材料，它不但比表面積高，而且在結構中便于引入氮、硫、氧等雜原子，易于修飾，孔道大小可調控，這些特征使其在高性能超級電容器中有很大的應用潛力。

目前，只有極少數的共軛多孔聚合物材料作為超級電容器電極材料應用于超級電容器中。三并咔唑作為C3對稱群分子具有獨特的剛性結構和高度對稱性，并且有很好的π共軛性和空穴傳輸能力。由于其特殊的結構和性質近幾年受到人們的廣泛關注，已成為一類非常重要的有機光電材料。三并咔唑可以看作三個咔唑的稠合體，從結構-性能的角度考慮，氮原子上的孤對電子既參與了π體系，又作為電子給體，因此有利于分子內的電荷轉移。但基于三并咔唑單元的共軛多孔聚合物在能源存儲方面的應用還尚未見報道。本專利發明了一種基于三并咔唑單元的共軛多孔結構聚合物，作為電極材料應用于超級電容器，獲得了較高的比電容，而且該材料在多次循環充放電后，比電容衰減率低，循環穩定性高，是一種極具應用潛力的超電容材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種共軛多孔聚合物電容材料及其制備方法與應用，該材料實現了高的比電容，且在多次循環充放電后，比電容衰減率低、循環穩定性高。

為解決現有技術問題，本發明采取的技術方案為：

一種共軛多孔聚合物電容材料，其特征在于，所述共軛多孔聚合物的化學結構通式含有三并咔唑結構單元。

作為改進的是，所述共軛多孔聚合物的化結構通式為三并咔唑基酰亞胺聚合物1(TAT-CMP-1)或三并咔唑基對苯二甲醛聚合物2(TAT-CMP-2)

其中R為C₁-C₃₀的直鏈、C₁-C₃₀支鏈烷基、C₁-C₃₀烷氧基、N、O或H；*為連接位置。

作為改進的是，所述R為C₁-C₁₂直鏈或支鏈烷基。

上述共軛多孔聚合物電容材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將三并咔唑硝化反應得三硝基-三并咔唑；

步驟2，利用三硝基-三并咔唑制備三氨基-三并咔唑；

步驟3，將三并咔唑與醛基或者酸酐鏈接形成共軛多孔聚合物，即得電容材料。

作為改進的是，步驟1是在氮氣保護下，將1mmol的三并咔唑溶解在5-10mL的二氯甲烷中，再加入5-10mmol的發煙硝酸，室溫反應3-5h后經柱色譜純化得到三硝基-三并咔唑。