[发明专利]一种锰卟啉化合物、制备方法及其应用的超级电容器

说明书

本发明提供一种锰卟啉化合物，为四‑对二茂铁基十一烷氧基苯基锰卟啉，其化学结构式如下所示：四‑对二茂铁基十一烷氧基苯基锰卟啉化合物作为超级电容器的电极材料时，二茂铁基团和锰卟啉结构单元的协同作用使其具有优良的氧化还原特性，以及快速充放电，循环稳定性好的优点，能进一步改善锰基赝电容器的性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种锰卟啉化合物、制备方法及其应用的超级电容器。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors，简称SCs)是近些年快速发展的一种新型储能器件，其作为一种新型大功率补偿和储能装置，既具有快速的充放电能力、长循环寿命又具有高安全性，弥补了锂离子电池的部分缺陷，是高效储能器件的重点发展对象，在能源、通讯、交通、电力电子、国防等领域有着十分广阔的应用前景。超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容器。一般来说，由于存在法拉第反应，赝电容器比双电层电容器具有更高的比电容和能量密度。

电极材料是影响超级电容器性能的主要因素，赝电容电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物。目前研究比较成熟的赝电容电极材料是MnO₂，MnO₂具有非常高的比电容(＞1370F/g)、环境友好、成本低等特征。但是MnO₂的低电导率(10-5-10-6S cm-1)使得它的倍率不高。为了进一步改善锰基赝电容器的性能，开发出电子传导性能优异、循环寿命高、高能量密度的新型锰基赝电容电极材料对高性能超级电容器的发展意义重大。

在此基础上，考虑到二茂铁是一种具有具有极佳的氧化还原特性的π键型夹心结构的金属有机配合物，将其应用于赝电容电极材料会提升赝电容的各项性能。但是目前使用共混掺杂制备的二茂铁基超级电容器中，二茂铁容易升华和流失，致其稳定性和使用寿命都不高，而如果采用共价键修饰到电极上，成本高并且过程比较繁琐，限制了其作为赝电容电极材料的应用。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种锰卟啉化合物、制备方法及其应用的超级电容器，该化合物作为新型的锰基超级电容器电极材料，具有电子传导性能优异、循环寿命高、高能量密度等超级电容性能。

根据第一方面，一实施例中提供一种锰卟啉化合物，其化学结构式如下所示：

根据第二方面，一实施例中提供一种上述锰卟啉化合物的制备方法，包括：使四-对二茂铁基十一烷氧基苯基卟啉、乙酸锰水合物和N，N-二甲基甲酰胺在氩气保护下产生反应，得到四-对二茂铁基十一烷氧基苯基锰卟啉。

进一步地，制备方法的具体步骤包括：

步骤一、合成四-对二茂铁基十一烷氧基苯基卟啉：将四对羟基苯基卟啉、11-溴代正十一烷基二茂铁、无水碳酸钾、18-冠醚-6和无水N，N-二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中，在氩气保护下机械搅拌，升温至预定温度后反应预定时间，减压蒸馏除去溶剂后得到四-对二茂铁基十一烷氧基苯基卟啉粗产品；用柱层析法进一步纯化，得到四-对二茂铁基十一烷氧基苯基卟啉；

步骤二、合成四-对二茂铁基十一烷氧基苯基锰卟啉：将步骤一得到的四-对二茂铁基十一烷氧基苯基卟啉与乙酸锰水合物、N，N-二甲基甲酰胺加入至三口烧瓶中，在氩气保护下进行磁力搅拌，在预定温度下反应预定时间后，冷却减压蒸馏除去N，N-二甲基甲酰胺，用二氯甲烷溶解，纯水洗涤后用无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂得到四-对二茂铁基十一烷氧基苯基锰卟啉粗产品；用柱层析法进一步纯化，在一定温度下真空干燥，得到四-对二茂铁基十一烷氧基苯基锰卟啉。

进一步地，制备方法的具体步骤包括：