[发明专利]一种新型醌类化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型有机化合物及其制备方法。该化合物可用于高比能电池的正极材料，也可用于光电器件材料。

背景技术

近年来，锂离子电池因其高比能量和良好的循环性能而被广泛应用，对用于正极材料的无机过渡金属化合物的研究也成为热点。而从可持续发展的角度看，这类正极材料用于未来的电源尚有如下缺点：一是理论比容量偏低，二是原料在自然界中储量有限，三是其中有的重金属元素污染环境。相对无机材料而言，原料取材于自然界的有机物正极材料则可有理论比容量高、原料丰富、环境友好的优点，因此逐渐受到关注(Armand，M.；Tarascon，J.M.Nature，2008，451：652；Gall，T.L.；Reiman，K.H.；Grossel，M.C.；Owen，J.R.J.Power Sources，2003，119-121：316)。

醌类化合物可以快速可逆地得失电子，是一种良好的储能材料。其电化学反应机制是：放电时每个羰基上的氧原子得一个电子，同时嵌入锂离子生成烯醇锂盐；充电时锂离子脱出，羰基还原，通过羰基和烯醇结构之间的转换实现锂离子可逆地嵌入和脱出(Song，Z.；Zhan，H.；Zhou，Y.Chem.Commun.，2009：448；Tarascon，J.M.；Armand，M.Nature，2001，414：35；Jeftic，L.；Manning，G.J.Electroanal.Chem.，1970，26：195)。该类化合物往往具有良好的晶体结构，可方便锂离子的脱嵌，因此循环性能较好。

由于在醌类化合物中起氧化还原作用的官能团为羰基，其含量越多，材料的容量越高。此外作为电极材料，希望其在电解液中的溶解度小，以保证在充放电循环过程中电极结构的稳定，提高电池的循环性能。基于以上考虑，我们设计并制备了一种新型多醌化合物，该化合物具有下列结构式：

其中n＝4～28，高含量的羰基官能团可能提供高容量，大的共轭体系的存在使分子间有序的空间排列成为可能，容易形成紧密堆积的聚集态结构，因此材料具有一定的抗溶剂性，从而减小溶解性能。

除了可以作为电化学储能材料外，这类新型醌类化合物由于其良好的光电效应和显色功能，还可以应用于发光二级管、智能显示及传感器等领域。

发明内容

本发明的目的是以一种简单的制备方法制备多醌化合物。

本发明以1，4，5，8-四羟基-9，10-蒽醌为原料，将其溶解或部分溶解于溶剂中，之后在催化剂的作用下聚合，形成的聚合物从溶液中沉淀出来。此种方法无需提纯即可得到纯净产物。反应方程式如下：

本发明中涉及的溶剂为二甲基亚砜，乙腈，N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基甲酰胺，环丁砜，乙酸乙酯或石油醚。

本发明中涉及的反应催化剂为(NH₄)₂S₂O₈，H₂O₂，KMnO₄，FeCl₃，MnO₂，KClO₃，HClO₄，AlCl₃，PbO₂，SnCl₄，Na₂S₂O₃，加入量是原料量的10％～2000％(wt)。

本发明中涉及的反应温度是0～200℃。

本发明中涉及的反应时间是0.5～24h。

附图说明

图1是1，4，5，8-四羟基-9，10-蒽醌的二聚体(a)与1，4，5，8-四羟基-9，10-蒽醌(b)的FT-IR图

图2是1，4，5，8-四羟基-9，10-蒽醌的二聚体的¹³C-NMR谱

具体实施方式

实例1

将0.6g 1，4，5，8-四羟基-9，10-蒽醌(THAQ)溶于160mL乙腈中，然后加入6.0g(NH₄)₂S₂O₈，于室温下持续搅拌反应16h。之后将产物过滤，用去离子水洗涤产物，最后用丙酮洗涤至滤液无色。所得二聚体产物(THHQ)在常温下真空干燥16h，得黑色固体粉末，产率约80％。

实例2