[发明专利]一种含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体及其制备与应用

说明书

本发明公开了一种含噻吩‑3‑甲酸的钛氧簇单体及其制备与在制备储能材料中的应用，所述储能材料是将所述含噻吩‑3‑甲酸的钛氧簇单体与共轭聚合物单体进行共聚制得的共轭聚合物材料；本发明制备的含噻吩‑3‑甲酸的钛氧簇单体C₄₀H₇₆O₁₆S₂Ti₄可以与常见共轭聚合物共聚，获得一系列具有优异的电化学性能的含钛共轭聚合物材料，该类新材料比单纯有机聚合物材料的质量比电容性能提高了15％以上，该材料的比电容最低都大于70F/g。

技术领域

本发明涉及一种共轭聚合物材料，特别涉及一种新的含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体(C₄₀H₇₆O₁₆S₂Ti₄)及其制备方法与制备含钛共轭聚合物材料的应用。

背景技术

钛氧簇是金属氧簇的一种，其基本骨架是由多个钛原子通过氧桥键相互连接构筑的笼状分子团簇，可以看作是一类尺寸小，表面带有机官能团的纳米氧化钛材料，在光、电、催化等领域具有广泛的应用。聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，聚3,4-乙烯二氧噻吩等导电聚合物具有良好的导电性，优良的柔韧性和可塑性，较高的理论比容量和较低的成本，是构建储能电极材料的一种新型材料。

将钛氧簇与导电聚合物复合能够提高材料的储电能力，但是由于复合材料各组份之间存在大量的异质界面，其电子传导效率和电化学循环稳定性明显下降。本发明的含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体(C₄₀H₇₆O₁₆S₂Ti₄)可以与苯胺、吡咯、噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩等导电聚合物单体共聚合制备均相的导电共聚物新材料，这类新材料具有较常规导电聚合物材料更优异的电化学循环稳定性等性能。

发明内容

本发明提供了一种新型的含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体及其制备方法与应用，所述钛氧簇单体与苯胺、吡咯、噻吩、3,4-乙烯二氧噻吩等常见共轭聚合物单体发生共聚反应，获得一系列新的含钛共轭聚合物材料，这类新材料可被应用在储能、光电及催化领域，探究复合材料中含钛氧簇的支链对共轭主链的影响，阐明复合材料的微结构与性能之间的内在联系，是设计和制备高性能材料的理论依据。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种式(Ⅰ)所示含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体，该单体的化学式为：C₄₀H₇₆O₁₆S₂Ti₄，分子量为1067.44，分子结构式如式(Ⅰ)所示，式(Ⅰ)中也即异丙氧基；

本发明还提供一种所述含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体的制备方法，所述方法按以下步骤进行：将钛酸异丙酯、噻吩-3-甲酸、溴化钴、有机溶剂密封混合，再于60-100℃(优选75-85℃)下反应48-96小时(优选70-80h)，自然降至室温，静置结晶，取晶体干燥，获得式(Ⅰ)所示含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体。

进一步，所述的有机溶剂为无水异丙醇，无水甲醇，无水乙醇，无水乙酸乙酯，无水甲苯，无水乙腈，无水二氯甲烷，无水三氯甲烷，无水四氯化碳，无水N,N二甲基甲酰胺或无水N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种混合溶液，优选无水乙腈。

进一步，所述钛酸异丙酯与噻吩-3-甲酸的物质的量比为1～5：1，优选3-4：1，所述溴化钴与噻吩-3-甲酸的物质的量比为0.1～2：1，优选0.3～0.8：1。所述有机溶剂与噻吩-3-甲酸的物质的量比为50～200:1，优选70～150:1。

本发明还提供一种所述含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体在制备储能材料中的应用，所述储能材料是将所述含噻吩-3-甲酸的钛氧簇单体与共轭聚合物单体进行共聚制得的共轭聚合物材料；所述共轭聚合物单体为苯胺、吡咯、噻吩或3,4-乙烯二氧噻吩中的一种或多种。