[发明专利]一种双炔桥联型一维线状或二维网状有机储能材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种双炔桥联型一维线状或二维网状有机储能材料及其制备方法和应用。以五元杂环与八元环稠合结构为基本单元，通过取代反应、Sonogashira反应、去保护反应以及Eglinton反应制备得到双炔桥联型一维线状或二维网状有机储能材料。材料中稠环结构在得失电子过程中可以发生平面与马鞍型结构转化，能够克服分子层间的π‑π相互作用，且稠环结构通过双炔基桥联，具有良好的导电性以及高氧化还原稳定性，特别是二维网状结构具有规整的孔隙结构，有利于离子与电子的传输，适合作为储能材料使用，如作为钠离子电池电极材料应用。

技术领域

本发明涉及一种有机储能材料，具体涉及一种双炔桥联型一维材料或二维网状有机储能材料，还涉及一种双炔桥联型一维材料或二维网状有机储能材料的制备方法和在钠离子电池中的应用，属于储能材料技术领域。

背景技术

随着便携式电子产品性能的不断提升以及新能源汽车的快速发展，对电池储能特性的需求也越来越高。其中，有机钠离子电池(OSIBs)使用环境友好的有机材料作为电极，基于材料结构设计简单、理论比容量大、阳离子半径限制小等优点使其成为钠离子电池研究的一个重要方向。此外，有机电极材料具有无机化合物不易获得的优点：材料来源广泛且具有可再生性，结构能进行多样化构筑，制备过程无高温能耗且低CO₂排放，分子结构柔软易于进行柔性器件设计等。因此，利用有机物原料优势，开发储能性能优异的有机储钠材料，对扩展有机资源增值应用，降低电极材料的生产能耗与碳排放，具有重要的意义。

目前，关于有机储钠电极材料研究的主要类型有：C＝O结构化合物、N-O·结构衍生物和C＝N结构材料，在储能机制方面，其中前两者是n-型有机物，而后者是两极型材料。与此同时，共轭胺、有机金属聚合物等部分p-型有机材料在钠离子电池中也有部分相应的报道。尽管如此，大部分有机电极材料在实际开发中仍然存在着一些共性难题，其中最突出的就是材料在电解液中溶解性高，电导率低(10^-10～10^-5S cm^-1)。

总的来说，有机电极材料的分子结构和聚集态特征易于实现个性化定制，原材料来源广泛且具有再生性，是能源化学中重要的研究方向。溶解性高和导电性差是大部分有机小分子存在的固有缺陷，尽管有机聚合电极材料可以有效地克服溶解性的问题，但是其导电性和实际比容量相对较低的问题，成为制约此类材料发展的关键。目前报道的C₆环稠合化合物具有较好的比容量，可是C₆稠合结构之间较强的范德华力常造成电极材料的不可逆团聚，同时材料导电性也不高。因此，通过设计和开发新的环稠合化合物来增强材料导电性的同时提高其稳定的比容量，为进一步发展有机电极材料的可行策略，到目前为止，现有技术中还没有相关报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种由环八四杂环与双炔基桥联构成的一维线状有机储能材料，该材料中环八四杂环的稠环结构在得失电子过程中发生平面与马鞍型结构转化，可以克服分子层间的π-π相互作用，且稠环结构通过双炔基桥联，具有良好的导电性以及高氧化还原稳定性。

本发明的第二个目的是在于提供一种由环八四杂环与双炔基桥联构成的二维网状有机储能材料，该材料中环八四杂环的稠环结构在得失电子过程中发生平面与马鞍型结构转化，可以克服分子层间的π-π相互作用，且稠环结构通过双炔基桥联，具有良好的导电性以及高氧化还原稳定性，且二维网状结构赋予了材料具有较大的孔隙，有利于离子与电子的传输。

本发明的第三个目的是在于提供一种制备双炔桥联型一维线状或二维网状有机储能材料的方法，该方法简单、条件温和，有利于大规模生产。

本发明的的四个目的是在于提供一种双炔桥联型一维线状或二维网状有机储能材料作为负极材料在钠离子电池中的应用，可以获得比容量高，循环性能较好的钠离子电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种双炔桥联型一维线状有机储能材料，其具有式1所示重复结构单元：