[发明专利]一种作为新型燃料的含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合物及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合燃料及制备方法。将邻氨基苯酚与1‑苯基咪唑反应合成含咪唑基的偶氮苯，然后利用重氮化反应将含咪唑基的偶氮苯与预处理过的六方氮化硼复合，得到的含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合物，从而形成一种新颖的燃料。该燃料易于制备，能量密度为60 Wh/kg，较偶氮苯小分子的能量值与半衰期有显著改善，为有效利用太阳能提供了一种便于储能与转运的新型燃料。

技术领域

本发明设计一种含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合燃料及制备方法，其在未来太阳能存储方面具有重要的应用前景，属于复合功能材料领域。

背景技术

燃料是指通过化学反应释放化学能的物质，传统燃料按物质类型可以分为3种：化石燃料（如石油、煤、油页岩、甲烷、油砂、天然气等）；生物燃料（如乙醇、生物柴油等）；核燃料（如铀235、铀233、铀238、钚239、钍232等）。随着化石燃料的燃烧产生的有害气体对环境的污染和化石燃料的逐渐枯竭，开发新的能源成为解决环境恶化和能源危机的有效途径（Chem Rev, 2010, 110:6474–6502）。直接利用太阳能是人社会最绿色的能量转化过程。但是，直接利用太阳能的存在两个突出的技术缺陷，除了转化效率低外，就是难以存储和转运。太阳能电池是一种能量储存方式，目前太阳能电池储存的能量有限，较好的太阳能电池每公斤储存300瓦时的能量，而且不易转运。而太阳能燃料由于其可调的存储（tunablestorage）和太阳热能的释放，100%的可逆闭合循环（revesible closed cycle），不释放任何的气体和化学物质（Nat Chem, 2014, 6: 441–447）而引起了广泛的兴趣。燃料分子经过光的吸收，在基态（S0）经过光异构化到达亚稳定态（S1），储存热焓ΔH，然后储存的能量以热的形式释放出来，化合物从亚稳定态回到基态（Energy Environ. Sci. 4, 4449–4472(2011)），这导致了太阳能热燃料成为一种可自由释放，可再生的一种资源，适合现代社会的能量利用模式与设施。

利用可逆化学反应释放化学能的物质是一类新型燃料（Nano Lett., 2011, 11,3156–3162）。 目前研究较多的利用可逆化学反应释放化学能的物质有富瓦烯的钌化合物（Angew Chem Int Ed, 2010, 49: 8926–8929 ；Phys Chem Chem Phys, 2013, 15: 7466–7469 ；Energy Environ. Sci., 2012, 5, 8534–8537）、降冰片二烯-四环庚烯（Chem.Commun., 2014, 50, 5330–5332； J. Org. Chem., 2017, 82, 1301–1315；EnergyEnviron. Sci., 2017, 10, 728-734）、偶氮苯（Angew. Chem., Int. Ed., 2015, 54,1532–1536；J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 11787–11795）。而由于贵金属钌价格昂贵，降冰片二烯-四环庚烯体系虽然焓值较大但是半衰期较短，所以偶氮苯是目前研究的重点。

偶氮苯是一种具有顺反异构的化合物，在光照、温度、湿度、机械力等变化下他都会发生顺反异构，其中光照影响最大。其在紫外光照射下会由顺式变成反式，而在可见光照射下会由反式变成顺式，可逆的异构化反应以及伴随可能的氢键、偶极矩等一些物理和化学变化，顺式偶氮苯释放能量成为新型燃料。而由于偶氮苯的焓值较小，所以我们利用氮化硼为模板，增加分子间的作用力及空间阻力，借助顺反异构而产生的能量，增加焓值。实验证明，含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合材料可以产生很好的储能效果，可以作为一种闭合的燃料使用。

发明内容

本发明的目的在于研究一种能够存储太阳能的复合材料，制备一种新的具有高能量密度的含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合材料。

本发明采用以下技术方案制备出一种可用作太阳能存储的含咪唑基的偶氮苯/氮化硼复合材料，其结构如式所示：