基于钴离子交换分子筛为模板的三维有序微孔炭低温合成及其宏量制备

沸石模板炭(ZTCs)由于具有独特的三维有序微孔结构和高比表面积,在吸附和能量存储等方面表现出诸多优异的性能。然而,ZTCs有效合成方法的缺乏和大规模合成的困难严重限制其发展。本文通过使用钴离子交换的Y型沸石分子筛作为模板,采用直接乙炔化学气相沉积(CVD)的方法,开发出一种低温CVD合成及宏量制备ZTCs的简单工艺路线。沸石中的钴离子作为Lewis酸位点,通过d-π配位效应催化乙炔在400℃低温热解,使碳沉积选择性地发生在沸石内部。通过对CVD温度和时间的优化,ZTC_((Co))-400-8h具有优异的三维有序微孔结构、高比表面积(3000 m^(2) g^(-1))、大的孔体积(1.33 cm^(3) g^(-1)),CO_(2)吸附容量和选择性分别为2.78 mmol g^(-1)(25℃,100 kPa)和98。本工作中,利用简单的合成方法实现了高质量ZTCs的宏量制备,使用10.0 g/批次沸石模板制备的ZTC_((Co))-400-8h(L)的比表面和孔体积可达到2700 m^(2) g^(-1)和1.27 cm^(3) g^(-1)。

用于锂离子电池的四嗪环连接的共轭微孔聚合物电极性能研究

共轭微孔聚合物因其交联多孔的骨架及高度共轭的结构,在锂离子电池电极材料领域具有巨大的应用前景。以四嗪作为连接单元,构筑了具有氧化还原活性的共轭微孔聚合物TZF和TBFZ,并对该共轭微孔聚合物作为锂离子电池负极材料的性能进行了测试。结果表明,由于具有更丰富的活性单元四嗪环以及更低的最低未占分子轨道能级,TZF展现出比TBFZ更好的电化学性能。此外,在不同的电流密度下循环后,TZF比容量均有不同程度的提高。当电流密度为0.1C时,循环250次后比充电容量从62增加到108.6 mAh·g^(-1);电流密度为1.0C时,循环1000次后比充电容量从40提高到139 mAh·g^(-1),并且库伦效率始终接近100%,表明TZF作为锂离子电池负极材料具有良好的氧化还原活性及循环稳定性。

4-(3-吡啶基偶氮)苯酚与钴四苯基卟啉轴向配合物的合成与性能研究

针对有机光致变色材料应用中存在的抗疲劳性差、记录信息在读取后遭到破坏等问题,设计并合成了4-(3-吡啶基偶氮)苯酚与钴四苯基卟啉轴向配合物。光致变色研究结果表明,该配合物在365 nm的紫外光和515 nm的可见光交替照射下可发生可逆的光致变色反应,且重复光照多次后展示出良好的抗疲劳性。在415 nm激发光波长的作用下,化合物中4-(3-吡啶基偶氮)苯酚转变为顺式结构时比反式结构具有较高的荧光强度,2种状态下明显的荧光对比度可实现数据的无损读取功能。

2,7,12,18-四甲基-13,17-二(3-羟基丙基)卟啉的改进合成

以次氯化血红素为原料,经脱铁、酯化、还原3步反应合成了光敏剂2,7,12,18-四甲基-13,17-二(3-羟基丙基)卟啉。在次卟啉的合成过程中,用硫酸亚铁-浓盐酸-醋酸酐作脱铁试剂,于95℃反应2h,收率92.2%;在浓硫酸的作用下,次卟啉与甲醇反应30min,合成次卟啉二甲酯,收率90.3%;再利用硼氢化钠-氯化锂-四氢呋喃体系还原次卟啉二甲酯,得到2,7,12,18-四甲基-13,17-二(3-羟基丙基)卟啉,收率75.2%。产物通过ESI-MSFTIR及1HNMR等方法表征。

一种合成3,5-二氨基吡啶及3,5-二甲氧羰基氨基吡啶的新路线

以3,5-二甲基吡啶为原料,经氧化、酰胺化,酰胺在不同的霍夫曼降解条件下合成3,5-二氨基吡啶及3,5-二甲氧羰基氨基吡啶,总收率分别为64%和68%。利用1H NMR、MS/MS和IR等测试技术对各化合物的结构进行了表征。讨论了氧化反应及霍夫曼降解反应的主要影响因素。反应均在常压下进行,反应条件温和,后处理简单,收率较高。

金属次卟啉二甲酯对空气氧化环己烷的催化作用

在无任何外加溶剂及共还原剂的条件下,将金属次卟啉二甲酯应用于催化空气氧化环己烷的氧化反应.结果表明,金属次卟啉二甲酯能够很好地催化环己烷的氧化反应,与简单的金属四苯基卟啉相比,金属次卟啉二甲酯催化剂具有更高的催化活性.进而研究了络合金属对其催化性能的影响.

Co(Ⅱ)-3,8-双乙基次卟啉二甲酯的合成及催化空气氧化环己烷应用

以氯化血红素为原料,经过脱铁、酯化、催化加氢和络合金属得到仿生催化剂Co(Ⅱ)-3,8-二乙基次卟啉二甲酯.在无其它外加溶剂及共还原剂的条件下,将其应用到催化空气氧化环己烷反应,将实验结果同Co(Ⅱ)原卟啉二甲酯催化氧化空气氧化环己烷的结果进行对照,并对催化氧化的机理进行了初步研究.实验结果表明,Co(Ⅱ)-3,8-双乙基次卟啉二甲酯克服了Co(Ⅱ)原卟啉二甲酯3,8-位乙烯基取代基不稳定的缺点,能够很好催化空气氧化环己烷,环己醇和环己酮的总收率达16.9%.

锡卟啉的合成及其绿色催化氧化环己烯

考察催化剂金属锡次卟啉二甲酯催化氧化环己烯的反应性能。探讨了在催化氧化过程中,反应温度、压力、时间、催化剂用量等因素对环己烯转化率和产物选择性的影响,并结合GC-MS在线分析检测。结果表明,当温度100℃、压力0.8 MPa、时间7 h、催化剂用量0.5 mg(7.6×10-4mmol)、环己烯10 mL(98 mmol)的条件下,环己烯的转化率达84%,相应产物2-环己烯-1-醇和2-环己烯-1-酮的总选择性为94%,并对该反应的催化氧化反应机理进行了初步研究。

金属次卟啉二甲酯催化氧化苯乙烯制苯甲醛

将金属次卟啉二甲酯用作叔丁基过氧化氢(TBHP)氧化苯乙烯制苯甲醛的催化剂。考察了催化剂、氧化剂用量、反应温度、时间、溶剂和不同金属次卟啉二甲酯[M(DPDME)]对苯乙烯转化率及苯甲醛选择性的影响,初步探索了反应机理。结果表明,金属次卟啉二甲酯能够顺利地选择性催化氧化苯乙烯生成苯甲醛。以0.002 mmol锰次卟啉二甲酯[ClMn(DPDME)]为催化剂,0.4 mmol TBHP为氧化剂,1 mmol苯乙烯为底物,5 mL CH3CN/H2O(体积比4∶1)为溶剂,反应温度75℃,常压反应20 h,苯乙烯的转化率达到98.3%,苯甲醛的选择性为92.7%。

一种简易合成3,5二-氨基吡啶的方法

研究了一种简易合成3,5-二氨基吡啶及其氨基被保护的衍生物的方法,以3,5-二甲基吡啶为原料,经高锰酸钾氧化、酰胺化和霍夫曼降解简便的三步反应合成了3,5-二氨基吡啶及3,5-二甲氧羰基氨基吡啶,总收率分别在70%和72%以上。讨论了各步反应主要的影响因素,并用1H NMR、MS/MS、IR、元素分析等方法对中间体和产物的结构进行了表征。

钴次卟啉衍生物催化空气氧化环己烷

用合成的4种钴次卟啉衍生物作催化剂,在未加入辅助还原剂和其他溶剂的条件下催化空气氧化环己烷。反应温度150℃,釜压0.80 MPa,n(催化剂)∶n(底物)≈1∶4.63×105时,钴次卟啉衍生物表现出良好的催化性能。4种钴次卟啉衍生物催化的底物转化率在4 h内都达到了14%以上,目标产物环己酮和环己醇的选择性(简称酮醇选择性)在82%以上。其中,钴3,8-二硝基次卟啉二甲酯催化活性最好:环己烷转化率在3.5 h升至19.34%,环己烷氧化目标产物酮醇的选择性为82.30%,催化剂转化数达8.86×104。

次卟啉制备新方法及其金属配合物的合成

研究了次氯化血红素在乙酸酐、氢溴酸体系中脱铁制备次卟啉的新方法。考察了反应时间、温度以及乙酸酐和氢溴酸与次氯化血红素的比例对反应产率的影响,讨论了其脱铁机理。实验结果表明,当次氯化血红素与氢溴酸和乙酸酐的摩尔比为1:6.3:61.2,温度为100℃,反应2 h时,脱铁产率高达96.3%。合成了一系列金属次卟啉配合物,考察了溶剂对卟啉配合金属难易程度及金属离子对卟啉S带和Q带的影响。用电喷雾串联质谱(ESI-MS-MS)、UV-Vis和IR表征了目标产物的结构。

3,5⁃二甲基⁃4⁃羟基苯基五唑的热分解行为

为了探究3,5‑二甲基‑4‑羟基苯基五唑的热分解行为,采用紫外‑可见光吸收光谱结合量子化学计算,对3,5‑二甲基‑4‑羟基苯基五唑(HMPP)随温度升高的热分解过程进行了追踪,并通过差示扫描量热仪测试了HMPP的热稳定性。结果表明:HMPP的初始分解温度为-14℃,其在紫外‑可见光区域由五唑环所产生的特征吸收峰在284 nm处,3,5‑二甲基‑4‑羟基苯基叠氮(HMPA)上的叠氮基所产生的特征吸收峰在258 nm处;随着温度的升高,整个体系在284 nm处的吸收峰逐渐降低。为了探究HMPP紫外可见光吸收光谱变化的具体原因,采用柱层析的方式分离HMPP的分解产物,利用核磁共振氢谱和X射线单晶衍射的方式对HMPP的分解产物进行了结构表征,确定了HMPP的主要分解产物为2,6‑二甲基对苯醌和4‑((4‑羟基‑3,5‑二甲基苯基)氨基)‑2,6‑二甲基环己‑2,5‑二烯‑1‑酮;并确定了在HMPP热分解结束后,整个体系的紫外‑可见光吸收是由化合物4和5的紫外‑可见光吸收叠加导致。

3⁃五唑基吡啶及其衍生物作为N_(5)^(-)离子前体的理论研究

高能五唑离子盐的合成是含能材料领域的研究热点,五唑阴离子的制备是合成高能五唑离子盐的关键步骤。为了拓宽五唑阴离子的来源,寻求稳定性更好,性能更优的五唑阴离子前体,采用密度泛函理论计算研究了3‑五唑基吡啶及其衍生物的桥连C—N键和五唑环的稳定性。结果表明:除—OH、—OMe、—N(Me)_(2)对位取代物外,3‑五唑基吡啶及其—NO_(2)、—CN、—NF_(2)对位取代,—NO_(2)、—CN、—NF_(2)、—OH、—OMe、—N(Me)_(2)间位取代,—NO_(2)、—CN、—NF_(2)、—OH、—OMe、—N(Me)_(2)对位和间位双取代物的桥连C—N键断裂所需的能量E_(a1)均小于苯基五唑,说明这些化合物比苯基五唑更易于得到五唑阴离子。—OMe、—N(Me)_(2)对位取代,—OMe、—N(Me)_(2)间位和对位双取代物的五唑环破裂的能垒E_(a2)与苯基五唑相当,说明这些化合物的五唑环具有较好的稳定性。—N(Me)_(2)间位取代物的E_(a1)和E_(a2)的差值ΔE最小,说明该化合物在切断桥连C—N键获得N_(5)^(-)离子过程中,最易维持五唑环的稳定。相比于苯基五唑,—N(Me)_(2)间位取代和双取代的3‑五唑基吡啶具有较低的ΔE_(a1)、较高的ΔE_(a2)和较低的ΔE,说明其具有替代苯基五唑作为五唑阴离子前体的潜力。

3,5⁃二甲基⁃4⁃羟苯基五唑中试合成工艺

为了实现五唑前驱体3,5‑二甲基‑4‑羟苯基五唑(HPP)的规模化生产,最终实现五唑阴离子基含能材料的工程化应用,在现有实验室级别合成方法的基础上,利用10 L和100 L中试合成设备,对HPP的中试放大合成工艺进行了研究。分别研究了3,5‑二甲基‑4‑羟基苯胺盐酸盐(DAC)纯度、亚硝酸钠和叠氮化钠水溶液滴加速度以及投料量对HPP产量或产出比的影响。结果表明,在一定范围内,亚硝酸钠水溶液和叠氮化钠水溶液滴加总时间增加,HPP的产量也随之增加,到达一定值后,继续增加滴加时间并不会增加HPP产量;DAC的纯度对HPP的产量有较大影响,纯度越高,副反应越少,产量越高;另外,随着合成规模扩大,HPP产量增加,但是产出比却下降。投料量达到6 kg时,批量产出可达11.5 kg,但产出比低至1.91。

五唑阴离子盐前驱体2,6-二甲基-4-氨基苯酚盐酸盐晶体的制备及特性

为改善2,6-二甲基-4-羟基苯基五唑的产率和纯度问题,实验探讨了以2,6-二甲基苯酚为原料,经亚硝化、还原、成盐三步反应制备芳基五唑的母体原料2,6-二甲基-4-氨基苯酚盐酸盐(DMAPH)晶体的方法。采用红外光谱(IR)、X-射线单晶衍射(SCXRD)、扫描电镜(SEM)、X-射线粉末衍射(PXRD)、差示扫描量热分析(DSC)和理论计算对其化学结构、晶体结构、晶体形貌和稳定性能进行表征。结果表明:以亚硝酸钠和冰乙酸作为亚硝化试剂,亚硝化产率可达90%以上。通过改变析晶溶剂,可获得片状、针状、块状和板状形貌的盐酸盐晶体,而温度只会影响析出晶体的粒径大小。甲醇溶剂析出的DMAPH晶体主要占比晶面是(400)晶面,其他溶剂析出的主要占比晶面为(214)晶面。DMAPH的分解峰温在220~240℃,具有良好的热稳定性,相比无定型的DMAPH粉末,晶体对空气的稳定性较好,比较适合长期储存。

锂离子电池硅(/碳)负极自修复聚合物黏合剂研究进展

硅的高比容量使其成为开发先进锂离子电池倍具希望的负极材料。然而,低电导率、严重的体积效应和不稳定的固体电解质界面(SEI)等问题限制了Si负极在锂离子电池中的应用。尽管构建硅碳(Si/C)复合结构在提升Si负极的性能方面已展现优势,作为电极关键组成部分之一的黏合剂也显著影响电池的电化学性能。自修复聚合物黏合剂利用非共价键和可逆共价键自主修复Si体积变化而导致的内外部损伤以及电极微裂纹,有效提高锂离子电池的循环稳定性。自修复聚合物用于柔性锂金属电池的固态电解质,可以快速修复由于外力作用导致的固态电解质损伤和开裂,为柔性可穿戴电子产品的发展提供了广阔前景。本文综述了通过非共价键和可逆共价键交联或组装自修复聚合物黏合剂的合成、表征及其应用于Si(/C)负极的自修复机制,并简要总结了自修复聚合物在柔性锂电池固态电解质中的最新应用,进一步对应用于Si(/C)负极自修复聚合物黏合剂面临的技术挑战和设计要求进行了分析和展望。