[发明专利]四氢噻吩类离子液体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器的电解液领域，特别是涉及四氢噻吩类离子液体及其制备方法与应用。

背景技术

离子液体(Ionic liquids)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。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物及高分子的合成受到重视。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)具有较宽的稳定温度范围，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。

超级电容器又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、功率密度大、容量大、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器被广泛应用于电动玩具电动机、数码相机、掌上电脑、电动汽车等领域。

传统的超级电容器的电解液一般为有机电解液，而有机电解液容易分解产生烃类气体，发生气体泄漏甚至爆炸，使用时不安全。

发明内容

基于此，有必要提供一种使用安全的四氢噻吩类离子液体以及四氢噻吩类离子液体电解液。

一种四氢噻吩类离子液体，其结构通式为：

其中，n为2、3或4，Y^-为BF₄^-,PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

一种四氢噻吩类离子液体的制备方法，包括以下步骤：

在保护气体氛围下，将摩尔比为1:1.05~1.2的四氢噻吩和具有通式CH₃O(CH₂)_nX的卤代烷在60℃~80℃下，搅拌反应得到粗产物，其中，X为Cl、Br或I，将所述粗产物洗涤，干燥后得到具有如下结构通式的烷基四氢噻吩卤化物：

其中，n为2、3或4，X^-为Cl^-、Br^-或I^-；

按照摩尔比1:1~1.1将所述烷基四氢噻吩卤化物和具有通式M⁺Y^-的盐在室温下加入去离子水中，其中M⁺为Na⁺、K⁺或NH₄⁺，Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(FSO₂)₂N^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-，搅拌发生离子交换反应，分离提纯后得到具有如下结构通式的四氢噻吩类离子液体：