CN107739340A - 一种新型含咪唑类固态电解质及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光电功能有机材料领域。具体涉及一类新型含咪唑类电解质制备方法及其在电致发光变色器件领域中的应用。该类材料是咪唑类电解质，合成步骤简单、条件温和，材料具有高导电性，热稳定性，高机械强度，从而在电致发光变色器件领域方面有极大的应用前景。

Description

一种新型含咪唑类固态电解质及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于光电功能有机材料技术领域，具体涉及一种新型含咪唑类电解质的制备方法及其在电致发光变色器件领域中的应用。
背景技术
1951年F.H.Hurley和T.P.Wiler首次合成了在环境温度下是液体状态的离子液体。他们选择的阳离子是N-乙基吡啶，合成出的离子液体是溴化正乙基吡啶和氯化铝的混合物(氯化铝和溴化乙基吡啶摩尔比为1:2)。但这种离子液体的液体温度范围还是相对比较狭窄的，而且，氯化铝离子液体遇水会放出氯化氢，对皮肤有刺激作用。直到1976年，美国Colorado州立大学的Robert利用AICl3/[N-EtPy]Cl作电解液，进行有机电化学研究时，发现这种室温离子液体是很好的电解液，能和有机物混溶，不含质子，电化学窗口较宽。1992年Wilkes以1-甲基-3-乙基咪唑为阳离子合成出氯化1-甲基-3-乙基咪唑，在摩尔分数为50％的AICl3存在下，其熔点达到了8℃。在这以后，离子液体的应用研究才真正得到广泛的开展。同时，离子液体的研究成功扩展到分离分析、电化学以及功能材料等领域。电致变色材料即电场诱导的颜色变化由于可以集成于传统的半导体电子器件中，因而在实际应用中具有广泛的应用前景。
电致变色是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。有机电致变色薄膜种类相对较多，可以分为有机小分子电致变色材料和导电聚合物电致变色材料两大类。聚离子液体是指由离子液体单体聚合生成的,在重复单元上具有阴、阳离子基团的一类离子液体聚合物,兼具离子液体和聚合物的优良性能双咪唑盐阳离子聚离子液体比单咪唑阳离子液体的电导率和扩散系数要高,接近于离子液体液态电解质。另外,咪唑环阳离子上π-π结构在电池中更有利于电荷的传输.双咪唑盐阳离子聚离子液体可以在液态离子液体中形成一种聚离子液体纳米通道,因而更适合于固态器件等方面的实际应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一类含咪唑类电解质的制备方法及其在电致发光变色器件领域中的应用。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种含咪唑类固态电解质，其特征在于所述咪唑类电解质结构为如下式三种中的任一种：
X＝Br-PF6 -TFSI-
所述的三种含咪唑类固态电解质的制备方法的合成路线分别如下：
所述的含咪唑类电解质可应用于电致发光变色器件领域。
式Ⅰ化合物的制备：在乙醇溶液中，通过1-丁基咪唑和1,6-二溴己烷反应合成1-丁基-3-(1-丁基咪唑-3-己基)咪唑溴化物并将溶液在60℃在氮气气氛下反应24小时。产物通过己烷沉降来纯化，然后用乙酸乙酯洗涤。常温下在水溶液中通过离子交换得到目标产物。
式II化合物的制备：在乙醇溶液中氮气气氛下50℃反应24小时，通过1-乙烯基咪唑和溴己烷的反应合成3-(6-溴己基)-1-乙烯基-咪唑溴化物([N][Br])。咪唑鎓的聚离子液体[PN][Br]通过[N][Br]在氮气氛围下乙醇溶液中60℃反应48小时自由基聚合制备。[PN][Br]与与过量六氟磷酸钾在水溶液中常温搅拌反应36小时，经分液漏斗过滤，乙腈溶液洗涤纯化，干燥后得[PN][PF]。
式Ⅲ化合物的制备：在乙醇溶液中，通过1-甲基咪唑和1,6-二溴己烷的反应合成3-(6-溴己基)-1-甲基-咪唑溴化物([BrM][Br])。将甲基咪唑滴加到1,6-二溴己烷中，并将溶液在氮气气氛下55℃反应48小时。使用二氯甲烷/乙酸乙酯(v/v＝1:3)作为洗脱剂的硅胶柱纯化产物。双咪唑离子液体1-甲基-3-(1-乙烯基咪唑-3-己基)通过[BrM][Br]与1-乙烯基咪唑在氮气氛围下乙醇溶液中50℃反应24小时合成咪唑溴化物[BMV][Br]。双咪唑鎓的聚离子液体[POLYEMI][Br]通过[BMV][Br]在氮气氛围下乙醇溶液中60℃反应48小时自由基聚合制备。[POLYEMI][Br]与KPF6在水溶液中的阴离子交换产生[POLYEMI][PF]。[POLYEMI][Br]与LiTFSI在水溶液中的阴离子交换产生[POLYEMI][TFSI]。
本发明通过核磁共振(NMR)、色质联机(GC-MS)表征该类咪唑类电解质材料结构，通过热重分析的测试，详细研究这一系列含咪唑类电解质的热稳定性。
兼具离子液体和聚合物的优良性能，双咪唑盐阳离子聚离子液体比单咪唑阳离子液体的电导率和扩散系数要高,接近于离子液体液态电解质。另外,咪唑环阳离子上π-π结构在电池中更有利于电荷的传输.双咪唑盐阳离子聚离子液体可以在液态离子液体中形成一种聚离子液体纳米通道,因而更适合于固态器件等方面的实际应用。
本发明的主要优点在于：
1.合成步骤简单、条件温和；
2.具有离子液体和聚合物的优良性能，高导电性能，高热稳定性，机械强度。
附图说明
图1.本发明中合成的化合物[POLYEMI][TFSI]的1HNMR谱图。
图2.本发明中合成的化合物热重分析图。
图3.本发明中合成的化合物应用于电致变色器件。
图4.本发明中制备的电致发光变色器件在不同电压下的变化。
图5.本发明中制备的电致发光变色器件磷光强度随着转换次数的变化。
图6.本发明中合成的化合物制备的柔性电致变色器件。
图7.本发明中制备的柔性电致变色器件性能展示。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
式Ⅰ化合物的制备：在乙醇溶液中，通过1-丁基咪唑(2.48g，0.02mol)和1,6-二溴己烷(1.0g)反应合成1-丁基-3-(1-丁基咪唑-3-己基)咪唑溴化物([B][Br]2.42g，0.01mol)并将溶液在60℃在氮气气氛下反应24小时。产物通过己烷沉降来纯化，然后用乙酸乙酯洗涤。常温下在水溶液中通过离子交换得到目标产物。1HNMR:(400MHz,D2O)δ8.66(s,2H),7.36(dt,J＝6.2,1.6Hz,4H),4.12-4.01(m,8H),1.79-1.69(m,8H),1.18(m,8H),0.79(t,J＝7.6Hz,6H).13CNMR(101MHz,D2O)δ135.85,134.33,128.27,123.55,122.88,122.21,119.52,109.36,49.82,49.41,35.77,29.06,28.92,24.86.
实施例2：
式II化合物的制备：在乙醇溶液中氮气气氛下50℃反应24小时，通过1-乙烯基咪唑(0.94g，0.01mol)和溴己烷(1.65g，0.01mol)的反应合成3-(6-溴己基)-1-乙烯基-咪唑溴化物([N][Br])。咪唑鎓的聚离子液体[PN][Br]通过[N][Br]在氮气氛围下乙醇溶液中60℃反应48小时自由基聚合制备。[PN][Br]与与过量六氟磷酸钾在水溶液中常温搅拌反应36小时，经分液漏斗过滤，乙腈溶液洗涤纯化，干燥后得[PN][PF]。1HNMR(400MHz,D2O)δ8.94(s,1H),7.66(s,1H),7.47(s,1H),7.02(dd,J＝15.6,8.0Hz,1H),5.68(dd,J＝15.6,2.7Hz,1H),5.29(dd,J＝8.7,2.6Hz,1H),4.12(t,J＝7.1Hz,2H),3.21(s,1H),1.76(p,J＝6.9Hz,2H),1.23-1.08(m,6H),0.71(t,J＝6.9Hz,3H).
实施例3
式Ⅲ化合物的制备：在乙醇溶液中，通过1-甲基咪唑(0.41g，0.005mol)和1,6-二溴己烷(12.05g，0.05mol)的反应合成3-(6-溴己基)-1-甲基-咪唑溴化物([BrM][Br])。将甲基咪唑滴加到1,6-二溴己烷中，并将溶液在氮气气氛下55℃反应48小时。使用二氯甲烷/乙酸乙酯(v/v＝1:3)作为洗脱剂的硅胶柱纯化产物。1HNMR:(400MHz,D2O)δ8.56(s,1H),7.32(t,J＝1.8Hz,1H),7.27(t,J＝1.8Hz,1H),4.05(t,J＝7.1Hz,2H),3.73(s,3H),3.34(t,J＝6.7Hz,2H),1.71(m,4H),1.31(m,2H),1.21-1.13(m,2H).GC-MS(m/z):Calcd.forC10H18Br2N2,326.08；found,327.07.
双咪唑离子液体1-甲基-3-(1-乙烯基咪唑-3-己基)通过[BrM][Br](3.24g，0.01mol)与1-乙烯基咪唑(1.42g，0.015mol)在氮气氛围下乙醇溶液中50℃反应24小时合成咪唑溴化物[BMV][Br]。1HNMR:(400MHz,D2O)δ8.91(s,1H),8.57(s,1H),7.64(s,1H),7.44(s,1H),7.33(s,1H),7.29(s,1H),7.00(dd,J＝15.6,8.7Hz,1H),5.66(dd,J＝15.6,2.7Hz,1H),5.29(dd,J＝8.7,2.7Hz,1H),4.10(t,J＝7.1Hz,2H),4.05(t,J＝7.1Hz,2H),3.75(s,3H),1.79-1.70(m,4H),1.25-1.18(m,4H).GC-MS(m/z):Calcd.forC15H24Br2N4,420.19；found,422.07.
双咪唑鎓的聚离子液体[POLYEMI][Br]通过[BMV][Br]在氮气氛围下乙醇溶液中60℃反应48小时自由基聚合制备。[POLYEMI][Br]与KPF6在水溶液中的阴离子交换产生[POLYEMI][PF]。[POLYEMI][Br]与LiTFSI在水溶液中的阴离子交换产生[POLYEMI][TFSI]。
实施例4:热重分析测试
化合物[B][Br],[POLYEMI][Br]和[POLYEMI][TFSI]通过热稳定分析仪(TGA)在氮气氛围下以加热速率10℃min-1进行热重分析测试。[B][Br]显示出高达约150℃的热稳定性，其低于[POLYEMI][Br]300℃的热稳定性。但[POLYEMI][Br]的热稳定性低于[POLYEMI][TFSI](350℃)。[POLYEMI][Br]比[B][Br]更高的热稳定性是由于聚合物的结构。[POLYEMI][TFSI]比[POLYEMI][Br]的更高的热稳定性可能是由于阴离子抗衡离子导致变化。
实施例5：电致发光变色器件应用
电致变色材料(CZPY)2IrdpmPF6和[POLYEMI][TFSI]以重量比为1:50溶于乙腈溶液，在ITO涂覆的基底上旋涂(CZPY)2IrdpmPF6和[POLYEMI][TFSI]的乙腈溶液，溶液干燥后形成电致变色层，夹在ITO之间的区域内。在不同电压和不同时间进行电致发光变色应用。

Claims (3)

1.一种新型含咪唑类固态电解质，其特征在于所述咪唑类电解质结构为如下式三种中的任一种：
。
2.一种如权利要求1所述的含咪唑类固态电解质的制备方法，其特征在于所述三种结构的合成路线分别如下：
。
3.一种如权利要求1所述的含咪唑类电解质的应用，其特征在于所述含咪唑类电解质应用于电致发光变色器件领域。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108428931A (zh) * 2018-04-17 2018-08-21 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池
CN110229107A (zh) * 2018-08-07 2019-09-13 中国农业大学 一种疏水性双核咪唑类离子液体及其制备方法
CN110407754A (zh) * 2019-08-12 2019-11-05 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种双阳离子型咪唑类离子液体及其制备方法
CN115490804A (zh) * 2022-08-24 2022-12-20 河北奥环胶粘制品有限公司 一种缓蚀剂及其制备方法与锌锰电池浆层纸中的应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020015881A1 (en) * 2000-06-13 2002-02-07 Yoshisada Nakamura Photoelectric conversion device and photo cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020015881A1 (en) * 2000-06-13 2002-02-07 Yoshisada Nakamura Photoelectric conversion device and photo cell

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MEI YANG等: "Bis-cationic ionic liquid crystals", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C》 *
PASQUALE F. FULVIO等: "A new family of fluidic precursors for the self-templated synthesis of hierarchical nanoporous carbons", 《CHEM. COMMUN.》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108428931A (zh) * 2018-04-17 2018-08-21 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池
CN108428931B (zh) * 2018-04-17 2020-10-09 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种离子液体聚合物复合固态电解质、其制备方法及锂离子电池
CN110229107A (zh) * 2018-08-07 2019-09-13 中国农业大学 一种疏水性双核咪唑类离子液体及其制备方法
CN110407754A (zh) * 2019-08-12 2019-11-05 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种双阳离子型咪唑类离子液体及其制备方法
CN115490804A (zh) * 2022-08-24 2022-12-20 河北奥环胶粘制品有限公司 一种缓蚀剂及其制备方法与锌锰电池浆层纸中的应用

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