一类对称离子型紫精化合物及其应用

本发明涉及高分子功能材料，具体涉及一类对称离子型紫精化合物及其应用。

背景技术：

1、超级电容器因其长循环寿命、高功率密度和高充放电率而作为储能器件得到了广泛的应用。根据其存储机制，可以分为基于离子吸附的双电层电容器（electric double-layer supercapacitors, edlc ）、基于表面氧化还原反应的赝电容器（pseudocapacitors ）和两种机理共存的混合超级电容器（ hybrid supercapacitors）。edlc (主要以碳材料为主)可以提供良好的循环稳定性以及功率密度，赝电容器（主要以金属氧化物以及导电化合物材料为主）由于表面快速可逆的氧化还原反应和界面上离子的电化学吸附/解吸而具有更高的比电容，而混合超级电容器兼具以上两种超级电容器的特性和优点，可以广泛应用于太阳能、新能源汽车、军事通信、航空航天工业等。

2、因此，想要获得双电层电容器和赝电容器各自的优点，制备兼具高导电性、高离子吸附脱附能力和高氧化还原活性的混合超级电容器材料无疑成为研制高性能超级电容器的关键。

技术实现思路

1、基于上述现有技术，本发明提供了一类对称离子型紫精化合物及其应用，该类紫精化合物具有电致变色、光致变色、卤素离子致变色、高比电容值和高稳定性等优点，可用于各种电致变色、光致变色器件、电致变色和电致变色发光双功能器件、卤素离子浓度检测以及各种有机化合物电池、超级电容器领域。

2、实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

3、一类对称离子型紫精化合物， 包括如下结构通式的化合物（1）或化合物（2）：

4、或；

5、或者包括具有如下重复结构单元的紫精聚合物（3）：

6、；

7、其中，x-选自cl-、br-、i-、pf6-、bf4- 、tfsi-、co32-、hco3-中的一种；r1、r2、r3选自烷基、环烷基和环状醚基中的一种；m、n为任意正整数。

8、进一步，所述的对称离子型紫精化合物由以下方法制备而成：

9、1、式（4）与式（5）化合物发生亲核取代反应，生成式（6）化合物zincke盐，反应式如下：

10、；

11、2、式（6）化合物zincke盐与式（7）化合物发生zincke硝化反应，生成所述的化合物（1），反应式如下：

12、；

13、其中，x-选自cl-、br-、i-、pf6-、bf4- 、tfsi-、co32-、hco3-中的一种；r1选自烷基、环烷基和环状醚基中的一种；m、n为任意正整数。

14、进一步，所述的对称离子型紫精化合物由以下方法制备而成：

15、1、式（4）与式（5）化合物发生亲核取代反应，生成式（6）化合物zincke盐，反应式如下：

16、；

17、2、式（6）化合物zincke盐与式（8）化合物发生zincke硝化反应，生成所述的化合物（2）,反应式如下：

18、；

19、其中，x-选自cl-、br-、i-、pf6-、bf4- 、tfsi-、co32-、hco3-中的一种；r2、r3选自烷基、环烷基和环状醚基中的一种；m、n为任意正整数。

20、进一步，所述的对称离子型紫精化合物由以下方法制备而成：

21、1、式（4）与式（5）化合物发生亲核取代反应，生成式（6）化合物zincke盐，反应式如下：

22、；

23、2、式（6）化合物zincke盐与式（9）化合物发生zincke硝化反应，生成所述的紫精聚合物（3），反应式如下：

24、；

25、其中，x-选自cl-、br-、i-、pf6-、bf4- 、tfsi-、co32-、hco3-中的一种；m、n为任意正整数。

26、一类对称离子型紫精化合物在制备电致变色和电致变色发光双功能器件中的应用。

27、一类对称离子型紫精化合物在卤素离子浓度检测中的应用。

28、一类对称离子型紫精化合物在制备光致变色器件中的应用。

29、一类对称离子型紫精化合物在制备超级电容器中的应用。

30、一类对称离子型紫精化合物在制备电池中的应用。

31、与现有技术相比，本发明的优点与有益效果在于：

32、1、本发明以紫精化合物4,4’ -联吡啶为构建单元，可以通过合成反应将携带不同离子的给体基团连接到4,4’ -联吡啶上，或采用后修饰的方法通过离子交换得到具有不同抗衡阴离子的紫精类化合物，完美继承了紫精化合物优秀的带电特性和氧化还原能力，具有对称的氧化还原活性位点和较强氧化还原稳定性。

33、2、本发明通过引入给电子基团，使得制备的紫精类化合物为既具有电致变色又具有电致变色发光的材料，可以用于制备电致变色和电致变色发光双功能器件。

34、3、本发明的紫精类化合物（2）可以根据溶液中卤素离子浓度进而改变溶液颜色，卤素离子浓度由0.5 m到5 m溶液颜色逐渐由深紫色变浅至浅紫色、深雾霾蓝色、浅雾霾蓝色、最终近乎无色，因此，可以应用于水中卤素离子浓度的检测。

35、4、本发明的紫精类聚合物（3）因其二维网状结构具有低质量密度、优异的化学稳定性、高表面积等特性，并且由于其具有多点位氧化还原位点结构单元，所以其具有更高的电化学稳定性和更高的比电容值等电化学性能，可用于各种电池、超级电容器领域。

36、5、本发明紫精类化合物制备方法简单，原料易获得，生产高效，可进行工业化生产。

技术特征：

1.一类对称离子型紫精化合物，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的对称离子型紫精化合物，其特征在于由以下方法制备而成：

3.根据权利要求1所述的对称离子型紫精化合物，其特征在于由以下方法制备而成：

4.根据权利要求1所述的对称离子型紫精化合物，其特征在于由以下方法制备而成：

5.权利要求1所述的一类对称离子型紫精化合物在制备电致变色和电致变色发光双功能器件中的应用。

6.权利要求1所述的一类对称离子型紫精化合物在卤素离子浓度检测中的应用。

7.权利要求1所述的一类对称离子型紫精化合物在制备光致变色器件中的应用。

8.权利要求1所述的一类对称离子型紫精化合物在制备超级电容器中的应用。

9.权利要求1所述的一类对称离子型紫精化合物在制备有机化合物电池中的应用。

技术总结
本发明公开了一类对称离子型紫精化合物及其应用。本发明以紫精化合物4,4’‑联吡啶为构建单元，可以通过合成反应将携带不同离子的给体基团连接到4,4’‑联吡啶上，或采用后修饰的方法通过离子交换得到具有不同抗衡阴离子的紫精类化合物，完美继承了紫精化合物优秀的带电特性和氧化还原能力，具有对称的氧化还原活性位点和较强氧化还原稳定性。该类紫精化合物具有电致变色、光致变色、卤素离子致变色、高比电容值和高稳定性等优点，可用于各种电致变色、光致变色器件、电致变色和电致变色发光双功能器件、卤素离子浓度检测以及各种有机化合物电池、超级电容器领域。

技术研发人员：管怀,黎明
受保护的技术使用者：湖北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13