[發(fā)明專(zhuān)利]一種磺酸酯基二茂鐵衍生物及其合成方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110930207.9
• 申請(qǐng)日: 2021-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113698437A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武奕;王慧;徐俊輝;陳留平;李?lèi)?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中鹽金壇鹽化有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): C07F17/02
• 分類(lèi)號(hào): C07F17/02;H01M4/90;H01M8/18
• 代理公司: 常州至善至誠(chéng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 32409
• 代理人: 王穎

本發(fā)明公開(kāi)了一種磺酸酯基二茂鐵衍生物及其合成方法和應(yīng)用。這種磺酸酯基二茂鐵衍生物可以用作液流電池的正極活性物質(zhì)。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，本發(fā)明合成的磺酸酯基二茂鐵衍生物活性物質(zhì)相較于二茂鐵，溶解度和氧化還原電位都得到了進(jìn)一步的提高，可以作為液流電池的正極活性物質(zhì)。其電化學(xué)性能穩(wěn)定，液流電池在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，電池效率和電池容量依然保持較高水平；采用天然鹽穴作為電解液儲(chǔ)庫(kù)，具有容量大、成本低、安全環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，適用于大規(guī)模的儲(chǔ)能電站。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液流電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種磺酸酯基二茂鐵衍生物及其合成方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

不斷增長(zhǎng)的能源需求使得大范圍更有效的利用一些可再生能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能和潮汐能成為必要。但是可能再生能源發(fā)電具有波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性，使得可能再生能源發(fā)電與電網(wǎng)的無(wú)縫對(duì)接成為問(wèn)題，而儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)可再生能源高比例接入電網(wǎng)的必要手段。在各種儲(chǔ)能技術(shù)中，液流電池技術(shù)是一種很有應(yīng)用前景的電池，具有容量大、安全性高、壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)勢(shì)，因此是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首選。

鹽腔是地下鹽層利用水溶性開(kāi)采鹽礦后的地下空穴，具有容量大、密封性能好、滲透系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，常用來(lái)儲(chǔ)存石油、天然氣等。液流電池需要較大的儲(chǔ)罐來(lái)儲(chǔ)存電池解液，占地面積大，利用地下鹽穴作儲(chǔ)罐儲(chǔ)存液流電池電解液，正好解決了這一問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鹽穴資源的綜合利用。目前發(fā)展較為成熟的液流電池主要采用的是無(wú)機(jī)類(lèi)型的電解質(zhì)，如釩液流電池和鋅溴液流電池等，但是面臨著強(qiáng)酸體系或者活性物質(zhì)毒性較大等問(wèn)題，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較大。近年來(lái)，一種有機(jī)水相液流電池，由于其電解質(zhì)具有豐富的選擇，中性水相電解液既環(huán)保而且廉價(jià)，且不易燃，被認(rèn)為是液流電池中比較有應(yīng)用前景的一種。二茂鐵是一種低毒性有機(jī)金屬類(lèi)化合物，價(jià)格便宜，但是其水溶性低，限制了其在水相液流電池中的應(yīng)用。本發(fā)明針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種磺酸酯基二茂鐵衍生物、合成方法及在水性液流電池中的應(yīng)用，提高了二茂鐵的水溶性和氧化還原電位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磺酸酯基二茂鐵衍生物及其合成方法和應(yīng)用，本發(fā)明合成的磺酸酯基二茂鐵衍生物提高了二茂鐵在水溶液中的溶解度，電化學(xué)性能穩(wěn)定，提高了液流電池的使用壽命。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種磺酸酯基二茂鐵衍生物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下，將所述磺酸酯基二茂鐵衍生物用作鹽穴液流電池的正極活性物質(zhì)；

其中，取代基R為含有C、N、O、S、H、鹵素的直鏈、支鏈和環(huán)狀結(jié)構(gòu)單元。

一種磺酸酯基二茂鐵衍生物的合成方法，包括以下步驟：

S1、將二茂鐵和乙酸酐混合攪拌至二茂鐵完全溶解，向內(nèi)緩慢滴加氯磺酸，快速攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后抽濾，濾液加入100mL冰水，旋干混合液，所得固體溶于氨水中抽濾，調(diào)節(jié)濾液pH值至弱酸性，旋干可得磺酸二茂鐵；

S2、在將步驟S1所得產(chǎn)物溶于無(wú)水二氯甲烷中得到A溶液，將草酰氯溶于無(wú)水二氯甲烷后緩慢滴加入A溶液中反應(yīng)一段時(shí)間，結(jié)束后旋干溶劑得磺酰二茂鐵；

S3、將步驟S2所得產(chǎn)物溶于無(wú)水二氯甲烷中，向內(nèi)滴加烷基醇反應(yīng)一段時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后旋干溶劑得磺酸酯基二茂鐵衍生物。

進(jìn)一步地，所述步驟S1中的反應(yīng)物摩爾比為：二茂鐵：乙酸酐：氯磺酸＝1：(2～6)：(0.8～1.5)，反應(yīng)溫度為20～40℃，反應(yīng)時(shí)間為8～48h。采用該反應(yīng)溫度，便于二茂鐵、乙酸酐和氯磺酸進(jìn)行反應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中的反應(yīng)物摩爾比為：磺酸二茂鐵：草酰氯：二氯甲烷＝1：(0.8～1.5)：(80～120)，反應(yīng)溫度為20～40℃，反應(yīng)時(shí)間為8～48h。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中的反應(yīng)物摩爾比為：磺酰二茂鐵：烷基醇：二氯甲烷＝1：(8～14)：(60～120)，反應(yīng)溫度為20～40℃，反應(yīng)時(shí)間為8～48h。