[發明專利]亞胺共價有機框架負載的富勒烯C60材料及其制備方法與超級電容器應用

有效

• 申請號: 202110589239.7
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113444255B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 邱立;趙鑫
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01G11/30;H01G11/48;H01G11/36;H01G11/24
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 和琳

亞胺共價有機框架負載的富勒烯C₆₀材料及其制備方法與超級電容器應用，涉及材料領域，具體而言涉及共價有機框架負載的富勒烯C₆₀材料及其制備方法。以三種有機小分子DHTA、TAPB、BATA作為構筑單元，使用溶劑熱法合成了亞胺共價有機框架材料。之后基于點擊化學反應，以碘化亞銅作為催化劑，將富勒烯衍生物BBM?C₆₀通過共價鍵連接到共價有機框架材料孔道中，實現共價有機框架負載的富勒烯C₆₀([C₆₀]X?COF)材料的制備。所合成的材料保留了富勒烯C₆₀獨特的π電子共軛體系和良好的電子傳輸特性，更是通過作為模板的COF材料實現了其在空間上的均勻分布，減緩了富勒烯材料由于團聚現象造成的利用效率不足以及性能較低的問題，實現了富勒烯C₆₀材料在超級電容器領域的運用。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體而言涉及共價有機框架負載的富勒烯C₆₀材料及其制備方法。

背景技術

由于具有優異的電子傳輸性能，獨特的π電子共軛體系和高電子親和力，富勒烯材料在熱電領域，太陽能電池領域，分子電子學領域都具有優異的表現，此外在儲能材料領域，富勒烯作為一類特殊的碳材料也具有很大的潛力。但由于較強的π～π相互作用，富勒烯在聚集狀態下容易發生團聚，在作為電極材料使用時，其表面很難被電解質充分接觸到，造成電化學性能不高。為了解決這一問題，需要借助一定的多孔模板材料來限制其團聚現象的發生。

共價有機框架(COF)作為一類有機多孔晶態材料，具有較高的表面積和較大的孔體積，而且其框架結構還能得到精確的設計。這些特點非常利于COF作為模板材料來對其他功能物質的堆積方式進行有效調節。自2005年，Yaghi等人以拓撲學原理為基礎，設計并合成了第一例以硼酸自聚的COF材料后，COF材料進入正式的發展階段。在這幾十年的時間里，數千種類型的COF材料相繼被研究人員合成與制備，并通過結構的設計調整，側鏈基團的改進與修飾以及孔道和空間結構的控制等手段，使得COF材料的性能在有關領域上實現了多次突破。但現有技術中，將COF材料與富勒烯材料的特點結合起來，用于制備在儲能領域具有較大潛力的超級電容器材料還未見報道。

發明內容

本發明的第一發明目的在于提供一種完整結構的富勒烯C₆₀-共價有機框(COF)復合材料，該材料不僅保持了富勒烯C₆₀材料良好的電子性質，還兼具COF材料良好的多孔特性與晶態結構性質，綜合性能高于兩種原始的材料。

本發明的第二發明目的在于提供上述的共價有機框架負載的富勒烯C₆₀材料的制備方法。

亞胺共價有機框架負載的富勒烯C₆₀材料[C₆₀]X-COF，富勒烯C₆₀與共價有機框架通過共價鍵進行連接，其結構式如下：

其中，C₆₀與TAPB的摩爾比大于0，小于等于0.16。

所述的亞胺共價有機框架為a％N₃-COF，a％是5-33％，a＝mol(BATA)/mol(BATA+DHTA)，其結構式為：

所述的亞胺共價有機框架為25％N₃-COF，其結構式為：

所述的富勒烯C₆₀為BBM-C₆₀，以賓格爾反應(Bingel reaction)為基礎，與帶有炔基的丙二酸酯類物質進行反應，實現炔基衍生化而獲得，其結構式為：