[發明專利]一類萘酰亞胺衍生物及其制備方法和在液流電池中的應用

在審

• 申請號: 202310182457.8
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116178370A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 何剛;劉旭;張恒;張旭日;王增榕
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C07D471/06
• 分類號: C07D471/06;C07F9/6561;H01M8/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一類萘酰亞胺衍生物及其制備方法和在液流電池中的應用，該合成方法簡單，成本低，產率高，合成速度快。萘酰亞胺分子共軛性，剛性強，并且分子體積較大，強共軛性使萘酰亞胺分子帶隙更窄，能夠實現電子的快速轉移，進而實現穩定的雙電子轉移，分子體積大避免了在充放電循環中陽極電解液通過離子交換膜穿插。本發明通過季銨鹽和其他水溶性的修飾來增加分子的水溶性，與以往研究相比，水溶性基團從兩個增加到了四個至多個，進一步增加了分子水溶性，且水溶性基團的增加同時也增加了分子尺寸，用于液流電池陽極電解液在循環過程中具有穩定的循環性能。

技術領域

本發明屬于液流電池電極材料技術領域，具體涉及一類萘酰亞胺衍生物及其制備方法和在液流電池中的應用。

背景技術

能源是人類生存和物質發展的基礎。工業革命以來，人類對能源的需求突然增加，煤、石油、天然氣等一次能源的開采也在不斷增加，這將嚴重污染地球環境。因此，開發新能源是人類發展的最佳途徑。然而，一些新能源，如太陽能和風能受到環境的影響波動很大，如何有效的儲存這些能量尤為重要。儲能技術能夠消除時間和空間上的局限，推動電力體制改革，實現能源生產消費開放共享。在現有的儲能技術中，液流儲能技術兼顧了能量和功率，從根本上解決了儲能技術的安全問題。液流電池還具有壽命長、容量增加只需要增加電解液、可實現大功率放電、短時間充放電等優點。目前商用的液流電池如全釩電池和鋅溴電池的電解液具有腐蝕性，且價格昂貴，這嚴重限制了其大規模的應用。在液流電池中，中性水性有機氧化還原電池因其容量大、安全性高、成本低、環保、可調節有機分子達到高(陰極)或低(陽極)氧化還原電位等優點而受到廣泛關注。

電解液材料作為液流電池的關鍵部分，對電池的容量及穩定性等具有至關重要的作用。對于中性水系有機液流電池，常用的陽極電解質為紫精，蒽醌及其衍生物等，常用的陰極電解質為(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧基(TEMPO)，二茂鐵(Ferrocene)等，但是紫精分子的共軛性較差，一般只能實現單電子儲存，有些課題組將一些共軛基團如呋喃，噻吩，苯基等嵌入聯吡啶中以增強整個分子的共軛性，來減少第一重與第二重還原電位的電位差，但經過修飾的紫精分子雖然穩定性有所提升，但是溶解度下降。因此，開發新的底物并對其進行修飾作為活性材料，對于研究中性水系液流電池具有十分重要的意義。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一類萘酰亞胺衍生物及其制備方法和在液流電池中的應用，以解決現有的陽極電解質分子(如紫精)共軛性不強，雙電子儲存穩定性不高的技術問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一類萘酰亞胺衍生物，該萘酰亞胺衍生物結構式如下：

其中，R為a,b,c,d,e和f中的任意一種，其中：

n＝0或1，m＝1～10。

本發明還公開了上述萘酰亞胺衍生物的制備方法，包括：

將前驅體A和X-R溶解在溶劑中，于100～110℃下反應40～50h，得到反應液，反應液冷卻后抽濾，分離產物，洗滌、干燥，制得萘酰亞胺衍生物；

其中，前驅體A的結構式如下：

n＝0或1；

X-R中，X為Cl，Br或I；

R為a,b,c,d,e和f中的任意一種，其中：

m＝1～10。

優選地，前驅體A和X-R的摩爾比為1：3。

優選地，所述溶劑為乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、甲苯或水。