本發(fā)明涉及一種甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物結(jié)構(gòu)及其制備方法與應用。

背景技術：

1、雙三氟甲烷磺酰亞胺(英文名bistrifluoromethanesulfonimide，簡稱tsfi)鹽類化合物是一類性能優(yōu)異的太陽能電池電荷傳輸層添加劑，因其陰離子部分雙三氟甲烷磺酰亞胺tsfi-的特殊化學結(jié)構(gòu)，具有較高的電化學穩(wěn)定性和電導率；而其陽離子部分多采用活潑堿金屬如li+、na+、k+、ag+等，存在吸濕吸水和不穩(wěn)定性：相較于已知的litsfi、natsfi、ktsfi、agtsfi等無機雙三氟甲烷磺酰亞胺鹽，本發(fā)明基于甲胺(英文名methylamine，簡稱ma)陽離子的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物(matsfi)還未見報道，且其具有1)改善光伏層的電荷抽??；2)穩(wěn)定光伏層界面；3)提升電荷傳輸性能；4)抑制水氧侵蝕；5)改善高溫穩(wěn)定性；6)改善光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)勢。因此，開發(fā)一種具有化學惰性、高重現(xiàn)性、合成簡單、環(huán)境友好、遷移率高的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺類化合物，以實現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池是市場迫切需求的，同時對于本技術領域而言也具有重要意義，是本領域技術人員急需解決的技術難題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(英文名methylaminebistrifluoromethanesulfonimide，簡稱matsfi)化合物，其特征在于：化學式為c3h6f6n2o4s2或ch3nh3n(cf3so2)2，分子量為312.2g/mol，化合物結(jié)構(gòu)通式如附圖所示(同一個化合物，二種不同結(jié)構(gòu)表達式)。

2、具體技術方案如下：甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，包括以下步驟：

3、將甲胺溶液(cas號74-89-5)和雙三氟甲烷磺酰亞胺(cas號82113-65-3)分別溶于溶劑中，室溫攪拌下緩慢將兩種溶液混合，當兩種原料以等化學計量比(摩爾比1∶1)混合后結(jié)束反應，通過減壓蒸餾將反應后的溶液中溶劑全部蒸出，得到目標粗產(chǎn)物；經(jīng)低溫重結(jié)晶制備得純度高達99.9％的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物。

4、將鹵化甲胺和雙三氟甲烷磺酰亞胺銀(cas號189114-61-2)分別溶于溶劑中，室溫攪拌下緩慢將兩種溶液混合，當兩種原料以等化學計量比(摩爾比1∶1)混合后結(jié)束反應，將反應得到的副產(chǎn)物鹵化銀沉淀過濾去除，通過減壓蒸餾將反應后的溶液中溶劑全部蒸出，得到目標粗產(chǎn)物；經(jīng)低溫重結(jié)晶制備得純度高達99.9％的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物。

5、作為優(yōu)選方案，[0005]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，甲胺溶液中溶劑為易于減壓蒸餾蒸出的溶劑，如水、醇類、酮類、醚類、脂類、苯類等。

6、作為優(yōu)選方案，[0006]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，鹵化甲胺為氯化甲胺(cas號593-51-1)、溴化甲胺(cas號6876-37-5)、碘化甲胺(cas號14965-49-2)。

7、作為優(yōu)選方案，[0006]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，溶劑為不溶解鹵化銀沉淀的溶劑，如水、醇類、酮類、醚類、脂類、苯類等。

8、作為優(yōu)選方案，[0005]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，三氟甲烷磺酰亞胺和甲胺溶液的用量為等化學計量比(摩爾比1∶1)，以確保反應后僅有目標產(chǎn)物和溶劑，已確保減壓蒸餾可蒸出全部溶劑，提升收率。

9、作為優(yōu)選方案，[0006]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，雙三氟甲烷磺酰亞胺銀和鹵化甲胺的用量為等化學計量比(摩爾比1∶1)，以確保反應后僅有目標產(chǎn)物和副產(chǎn)物鹵化銀沉淀，已確保過濾可以出去全部副產(chǎn)物且減壓蒸餾可蒸出全部溶劑，提升收率。

10、作為優(yōu)選方案，[0005]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其反應式為：

11、

12、作為優(yōu)選方案，[0006]中所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其反應式為：

13、

14、在其中一個實施例中，所述甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)為單晶或粉末。

15、上述甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)不含活潑堿金屬元素，具有化學惰性、環(huán)境友好，原材料豐富，尺寸可調(diào)、結(jié)晶性好、遷移率高等優(yōu)勢。

16、本發(fā)明還提供了所述甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)在太陽能電池的制備中的應用。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

18、本發(fā)明的一種甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)及其制備方法與應用，該雙三氟甲烷磺酰亞胺鹽類不含常用太陽能電池電荷傳輸層添加劑(litsfi、natsfi、ktsfi、agtsfi)等無機雙三氟甲烷磺酰亞胺鹽中所含的活潑堿金屬元素如li+、na+、k+、ag+，具有化學惰性、環(huán)境友好，原材料豐富，尺寸可調(diào)、結(jié)晶性好、遷移率高等優(yōu)勢。該制備方法簡單、方便、重現(xiàn)性好，有利于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化制備，可作為電荷傳輸層材料應用于太陽能電池中。

19、因此，本發(fā)明人經(jīng)過大量實驗，選擇了所述甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)與2，2″，7，7″-四[n，n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(spiro-ometad)、4-叔丁基吡啶(t-bp)，按比例摻雜混合后，作為電荷傳輸層材料應用于太陽能電池中。

20、在其中一個實施例中，甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)與2，2″，7，7″-四[n，n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(spiro-ometad)摩爾比為1∶0.1至1∶100；甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(matsfi)與4-叔丁基吡啶(t-bp)摩爾比為1∶0.1至1∶10。

技術特征：

1.甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物，其特征在于：化學式為c3h6f6n2o4s2或ch3nh3n(cf3so2)2，分子量為312.2g/mol，化合物結(jié)構(gòu)通式如下所示(同一個化合物，二種不同結(jié)構(gòu)表達式)。

2.權(quán)利要求1所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.權(quán)利要求1所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于：鹵化甲胺為氯化甲胺(cas號593-51-1)、溴化甲胺(cas號6876-37-5)、碘化甲胺(cas號14965-49-2)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于，溶劑為低于180℃的低沸點且與副產(chǎn)物醋酸互溶的溶劑，如水、醇類、酮類、醚類、脂類、苯類等。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于，溶劑為不溶解鹵化銀沉淀的溶劑，如水、醇類、酮類、醚類、脂類、苯類等。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于，三氟甲烷磺酰亞胺和甲胺溶液的用量為等化學計量比(摩爾比1∶1)，以確保反應后僅有目標產(chǎn)物和溶劑，已確保減壓蒸餾可蒸出全部溶劑，提升收率。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于，雙三氟甲烷磺酰亞胺銀和鹵化甲胺的用量為等化學計量比(摩爾比1∶1)，以確保反應后僅有目標產(chǎn)物和副產(chǎn)物鹵化銀沉淀，已確保過濾可以出去全部副產(chǎn)物且減壓蒸餾可蒸出全部溶劑，提升收率。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于，反應式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺的制備方法，其特征在于，反應式為：

11.權(quán)利要求1-10中任一項所述的甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺化合物在太陽能電池的制備中的應用。

技術總結(jié)
本發(fā)明提供了一種甲胺雙三氟甲烷磺酰亞胺(MATSFI)化合物及其制備方法，該化合物化學式為C<subgt;3</subgt;H<subgt;6</subgt;F<subgt;e</subgt;N<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;S<subgt;2</subgt;或CH<subgt;3</subgt;NH<subgt;3</subgt;N(CF<subgt;3</subgt;SO<subgt;2</subgt;)<subgt;2</subgt;，分子量為312.2g/mol，化合物結(jié)構(gòu)通式如附圖所示(同一個化合物，二種不同結(jié)構(gòu)表達式)。其制備方法可采用兩種，均可在室溫下20分鐘內(nèi)反應完全。該化合物為白色晶體或粉末，不含常用太陽能電池電荷傳輸層添加劑(LiTSFI、NaTSFI、KTSFI、AgTSFI)等無機雙三氟甲烷磺酰亞胺鹽中所含的活潑堿金屬元素如Li<supgt;+</supgt;、Na<supgt;+</supgt;、K<supgt;+</supgt;、Ag<supgt;+</supgt;，具有化學惰性、環(huán)境友好，原材料豐富，尺寸可調(diào)、結(jié)晶性好、遷移率高等優(yōu)勢。該制備方法簡單、方便、重現(xiàn)性好，有利于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化制備，可作為電荷傳輸層材料應用于太陽能電池中。

技術研發(fā)人員：秦天石,趙金政
受保護的技術使用者：南京工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10