[发明专利]吡嗪二维有机多孔材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于吡嗪的二维有机多孔材料及其制备方法与应用。所述基于吡嗪的二维有机多孔材料具有下式中任一者所示的结构：其中，R选自NO₂和H中的任一者。本发明制备的基于吡嗪的二维有机多孔材料具有高比表面积和良好的热稳定性，同时所述基于吡嗪的二维有机多孔材料作为锂离子电池正极材料时具有很高的比容量和出色的循环性能，因此，本发明制备的基于吡嗪的二维有机多孔材料可应用于锂离子电池正极材料，同时在功能性有机材料领域中有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于有机功能材料领域，具体涉及一种基于吡嗪的二维有机多孔材料及其制备方法与应用。

背景技术

在科技日新月异的当今世界，人们对于能源需求的不断增加，导致化石能源大量开采和使用，并由此带来了温室效应、大气污染和土地污染等环境问题。化石能源的不可再生性和人类对它的巨大消耗使人类正面临着化石能源逐渐走向枯竭的严峻现实，因而开发清洁能源迫在眉睫，但是可再生能源(例如风、浪、太阳能)间歇性特征表明它们不能有效利用。这些问题迫切需要人们寻求高效的能量转换装置和可靠的能量存储系统。电化学储能具有无污染、用途广泛、寿命长、维护成本低的优点。运用电化学储能技术提高储能工具的性能达到环境友好的目的将会是研究人员追求的长久的目标。

锂离子电池(LIB)具有高比能、高比功率和快速响应等优点，是目前最好的电化学储能技术。用于锂离子电池电极的材料传统上是基于过渡金属的无机材料例如钴、铁、锡或锰等，这些日益稀缺的矿产资源的大量使用不满足可持续发展的要求，并且无机配合物在提取和合成过程中会产生有毒物质和大量金属废弃物，需要消耗大量能量。而有机材料作为电池和电容器电极时具有比无机材料环保、廉价、安全、易合成、结构可调控等优点，有机材料作为电化学储能的电极研究逐渐引起科学家的研究兴趣。已知小分子作为电极材料在电解液中的溶解会导致的锂离子电池容量的快速衰减，利用有机多孔材料高稳定的特点，将具有氧化还原活性的小分子单元引入到中能够有效的抑制容量衰减。另外，有机多孔材料具有固有的孔结构且比表面积高，有利于提高氧化还原位点的利用率和提高电荷转移动力学。迄今为止，研究者们已探索出许多具有不同氧化还原活性基团的有机多孔聚合物。但是，目前大多数直接用于电极材料的有机聚合物导电率低，在实际应用中表现出较差的循环稳定性、相当低的活性位点利用率和缓慢的氧化还原动力学。因此开发新型高比容量，高稳定性的有机多孔材料具有重要意义并极具挑战。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于吡嗪的二维有机多孔材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种基于吡嗪的二维有机多孔材料，所述基于吡嗪的二维有机多孔材料如式(I)或式(II)所示的结构：

其中，R选自NO₂和H中的任一者。

本发明实施例还提供了一种基于吡嗪的二维有机多孔材料的制备方法，其包括：

在无溶剂条件下，将所述芘酮类物质、芳基胺类物质和氯化锌置于7mL的安瓿瓶中，使混合体系置于压力为-100～-110Kpa的条件下烧结，并置于马弗炉中以2～5℃/min的升温速率加热至350～450℃反应40～50h，然后自然降温，将固体取出并研磨，依次用1mol/L的盐酸水溶液、纯水、甲醇、四氢呋喃离心洗涤，在70～80℃下真空干燥12～24h后得到黑色粉末，即所述的基于吡嗪的二维有机多孔材料。

本发明实施例还提供了前述方法制备的基于吡嗪的二维有机多孔材料。

本发明实施例还提供了前述基于吡嗪的二维有机多孔材料于制备锂离子电池正极中的用途。

本发明实施例还提供了一种锂离子电池正极，其包含前述基于吡嗪的二维有机多孔材料。