[发明专利]含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及离子液体领域，尤其涉及一种含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体及其制备方法和应用。

背景技术

离子液体(Ionic liquids)是指在室温范围内(一般为100℃以下)呈液态，由有机阳离子和无机阴离子(或有机阴离子)构成的。离子液体具有可调性，根据不同需要改变其阴阳离子结构可以达到设计者的目的，因而离子液体被称为设计者的溶剂。早在1914年就发现了第一个离子液体----硝基乙胺；但其后，该领域的研究进展缓慢。直到1992年，Wikes领导的研究小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([EMIM]BF₄)后，离子液体的研究才得以迅速发展，随后开发出了一系列的离子液体体系。最初的离子液体主要用于电化学研究，近年来离子液体作为绿色溶剂用于有机及高分子合成受到重视。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有一系列突出的优点：(1)熔点低于或接近室温，呈液态的温度范围宽；(2)蒸气压低、几乎不挥发、无色、无嗅；(3)具有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口；(4)良好的溶解特性，对很多无机物和有机物都表现出良好的溶解能力；(5)无着火点且不易燃烧；(6)可循环使用，不污染环境等。

目前，对离子液体的研究主要集中在新型离子液体的合成、离子液体物理和化学特性的表征及其作为溶剂和电解质的应用研究等方面。离子液体作为一类新型的溶剂、介质、催化剂，在有机合成、催化反应、萃取分离、材料制备、天然高分子、电化学等领域的研究取得了许多令人满意的结果，受到了广泛的关注。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种新型的含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体。

一种含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体，其包括如下结构式：

式中，R为0≤n≤4；Y^-选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

本发明的另一目的在于提供上述含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体的制备方法，包括如下步骤：

S1、将摩尔比为1∶1.1～1.2的1-甲基三氮唑与RX进行合成反应，反应结束后制得结构式为的含碳酸酯基团的3-甲基三氮唑卤化物；其中，R为0≤n≤4；X为卤元素，选自Cl或Br；

S2、将步骤S1制得的所述含碳酸酯基团的3-甲基三氮唑卤化物与无机盐MY按照1∶1的摩尔比进行离子交换反应，反应结束后制得结构式为的所述含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体；其中，MY中，M⁺为易溶性阳离子，选自Na⁺、K⁺或NH₄⁺；Y^-选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

上述制备方法中，步骤S1中的合成反应是在惰性氛围下进行的；该惰性氛围是包括由氮气和氩气中至少一种气体组成；所述步骤S1中，所述合成反应是在60～80℃下搅拌48～72h进行的。

本发明的又一目的在于提供上述含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体在超级电容器或锂离子电池中作为电解液的应用。

本发明提供的含碳酸酯基团的三氮唑类离子液体，通过在阳离子中引入碳酸酯基团，使离子液体的性能得到改善，一方面在含锂盐(LiBF₄、LiPF₆、LiTFSI/(CF₃SO₂)₂NLi或CF₃SO₃Li)的电解液中，这种碳酸酯结构对锂盐有良好的溶解和解离作用；另一方面含有碳酸酯结构的离子液体可以较好的生成SEI膜(即固体-电解质界面膜)，从而提高离子液体电解液的电化学稳定性。

本发明提供的碳酸酯基团的三氮唑类离子液体制备方法，制备工艺简单，适合于大规模生产化生产。

附图说明