[发明专利]以二(1H-咪唑-1-基)二氢硼为阴离子的唑硼类含能离子液体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以二(1H‑咪唑‑1‑基)二氢硼为阴离子的唑硼类含能离子液体及其制备方法，1‑烷基‑3‑甲基咪唑RMIM⁺为阳离子，以二(1H‑咪唑‑1‑基)二氢硼[BH₂(im)₂]^‑为阴离子的含能离子液体1‑烷基‑3‑甲基咪唑二(1H‑咪唑‑1‑基)二氢硼酸盐[RMIM][BH₂(im)₂]及其制备方法。与一般含能材料相比，含能离子液体具有蒸汽压低、热稳定性高、熔点低、敏感度低、绿色安全等特点，可以降低含能材料在处理、加工和运输过程中的危险。本发明通过设计二(1H‑咪唑‑1‑基)二氢硼[BH₂(im)₂]^‑为阴离子，调控含能离子液体的热稳定性和生成焓，并提供了一种制备工艺简单的以二(1H‑咪唑‑1‑基)二氢硼[BH₂(im)₂]^‑为阴离子的含能离子液体制备方法。

技术领域

本发明属于含能材料及其制备技术领域，涉及一种以二(1H-咪唑-1-基)二氢硼[BH₂(im)₂]^-为阴离子的含能离子液体及制备方法。

背景技术

离子液体是近年来材料化学领域新兴的一类环境友好功能材料，主要是指一类由有机阳离子和有机阴离子或无机阴离子构成的、熔点低于100℃，在室温或室温附近温度下呈液态的化合物。由于离子液体具有可忽略的蒸汽压，宽的可操作的液程范围，以及高热稳定性、高的电导率、结构易于设计等优点，近几十年其已经在化学化工和材料领域引起广泛关注和研究。人们通过离子液体的可设计性，将高含氮量和高含氧量的基团引入离子液体的阳离子或阴离子上，研制出具有高能量的新型功能离子液体。作为含能材料和离子液体的结合，含能离子液体可通过不同含氮基团和含氧集团的引入，调节其物理化学性能，设计符合工业要求和军事需求的含能材料，极大地丰富了含能离子液体的种类，成为离子液体研究领域快速发展的一大热点。

含能材料主要分为爆炸物，推进剂，烟花三种。目前在双组分推进剂体系中，肼及其甲基化衍生物被广泛用作自燃性燃料，但其高挥发性，毒性和处理成本超出了不断增长的环境和安全问题的要求。在此背景下，迫切需要探索新的燃料替代肼衍生物。鉴于含能离子液体固有的特性，如低蒸汽压、热稳定性高、低熔点、物化性质可调节和毒性小等，恰好弥补肼类燃料在蒸汽压高、热稳定性差、密度低和毒性强等方面的不足。由于唑环具有较高的密度和生成焓，是含能材料的重要母体结构，而硼烷类化合物具有很强的还原性，唑硼类化合物结合两者的优势，在双组元推进剂方面具有很多优良的理化性质和较高的能量水平，具有良好的应用前景。

2007年，Zheng Zhuo等合成了一系列含三唑硼阴离子的含能离子液体和盐。其中[MMIM][BH₂(tz)₂]和[MMMIM][BH₂(tz)₂]具有很好的液体性能，熔点分别为-18.6℃、35.3℃，同时该系列离子液体具有很高的密度和能量优势，[MMIM][BH₂(tz)₂]和[MMMIM][BH₂(tz)₂]密度分别达到了1.39、1.23g/cm³。其中，[MMIM][BH₂(tz)₂]的制备方法需要将一定量的二氢双(1,2,4-三唑基)硼酸钾在冰醋酸中洗涤过滤，之后与一定量的氢氧化钡搅拌反应1小时，经过过滤、洗涤、重结晶得到二氢双(1,2,4-三唑基)硼酸钡。将一定比例的碘化咪唑鎓和二氢双(1,2,4-三唑基)硼酸钡，加入Ag₂SO₄水溶液中，之后经历过滤，洗涤和重结晶等步骤制得[MMIm][BH₂(tz)₂]。但是，合成过程较为复杂，成本较高，降低了这类离子液体的实际应用价值。