双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物结构及其制备方法与应用

本发明涉及一种双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物结构及其制备方法与应用。

背景技术：

1、双三氟甲烷磺酰亚胺(英文名bistrifluoromethanesulfonimide，简称tsfi)盐类化合物是一类性能优异的太阳能电池电荷传输层添加剂，因其阴离子部分双三氟甲烷磺酰亚胺tsfi-的特殊化学结构，具有较高的电化学稳定性和电导率；而其阳离子部分多采用活泼碱金属如li+、na+、k+、ag+等，存在吸湿吸水和不稳定性：相较于已知的litsfi、natsfi、ktsfi、agtsfi等无机双三氟甲烷磺酰亚胺盐，本发明基于甲脒(英文名formamidine，简称fa)阳离子的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物(fatsfi)还未见报道，且其具有1)改善光伏层的电荷抽取；2)稳定光伏层界面；3)提升电荷传输性能；4)抑制水氧侵蚀；5)改善高温稳定性；6)改善光电转换效率等优势。因此，开发一种具有化学惰性、高重现性、合成简单、环境友好、迁移率高的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒类化合物，以实现高光电转换效率的太阳能电池是市场迫切需求的，同时对于本技术领域而言也具有重要意义，是本领域技术人员急需解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(英文名formamidinebistrifluoromethanesulfonimide，简称fatsfi)化合物，其特征在于：化学式为c3h5f6n3o4s2或(cf3so2)2nnh2＝chnh2，分子量为325.2g/mol，化学结构如附图1所示(同一个化合物，四种不同结构表达式)。

2、具体技术方案如下：双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，包括以下步骤：

3、将双三氟甲烷磺酰亚胺(cas号82113-65-3)和醋酸甲脒(cas号3473-63-0)分别溶于溶剂中，室温搅拌下缓慢将两种溶液混合，当两种原料以等化学计量比(摩尔比1∶1)混合后结束反应，通过减压蒸馏将反应后的溶液中溶剂和反应得到的副产物醋酸全部蒸出，得到目标粗产物；经重结晶，减压干燥后制备得纯度高达99.9％的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒。

4、将双三氟甲烷磺酰亚胺银(cas号189114-61-2)和卤化甲脒分别溶于溶剂中，室温搅拌下缓慢将两种溶液混合，当两种原料以等化学计量比(摩尔比1∶1)混合后结束反应，将反应得到的副产物卤化银沉淀过滤去除，将过滤液减压蒸馏全部蒸干后得到目标粗产物；经重结晶，减压干燥后制备得纯度高达99.9％的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒。

5、作为优选方案，[0006]中所述的卤化甲脒为氯化甲脒(cas号6313-33-3)、溴化甲脒(cas号146958-06-7)、碘化甲脒(cas号879643-71-7)。

6、作为优选方案，[0005]中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，溶剂为低于180℃的低沸点且与副产物醋酸互溶的溶剂，如水、醇类、酮类、醚类、脂类、苯类等。

7、作为优选方案，[0006]中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，溶剂为不溶解卤化银沉淀的溶剂，如水、醇类、酮类、醚类、脂类、苯类等。

8、作为优选方案，[0005]中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，三氟甲烷磺酰亚胺和醋酸甲脒的用量为等化学计量比(摩尔比1∶1)，以确保反应后仅有目标产物和副产物醋酸，已确保减压蒸馏可蒸出全部溶剂和副产物，提升收率。

9、作为优选方案，[0006]中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，双三氟甲烷磺酰亚胺银和卤化甲脒的用量为等化学计量比(摩尔比1∶1)，以确保反应后仅有目标产物和副产物卤化银沉淀，已确保过滤可以出去全部副产物，提升收率。

10、作为优选方案，[0005]中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其反应式为：

11、

12、作为优选方案，[0006]中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其反应式为：

13、

14、在其中一个实施例中，所述双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)为单晶或粉末。

15、上述双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)不含活泼碱金属元素，具有化学惰性、环境友好，原材料丰富，尺寸可调、结晶性好、迁移率高等优势。

16、本发明还提供了所述双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)在太阳能电池的制备中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明的一种双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)及其制备方法与应用，该双三氟甲烷磺酰亚胺盐类不含常用太阳能电池电荷传输层添加剂(litsfi、natsfi、ktsfi、agtsfi)等无机双三氟甲烷磺酰亚胺盐中所含的活泼碱金属元素如li+、na+、k+、ag+，具有化学惰性、环境友好，原材料丰富，尺寸可调、结晶性好、迁移率高等优势。该制备方法简单、方便、重现性好，有利于大规模的产业化制备，可作为电荷传输层材料应用于太阳能电池中。

19、因此，本发明人经过大量实验，选择了所述双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)与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)，按比例掺杂混合后，作为电荷传输层材料应用于太阳能电池中。

20、在其中一个实施例中，双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)与2，2″，7，7″-四[n，n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(spiro-ometad)摩尔比为1∶0.1至1∶100；双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒(fatsfi)与4-叔丁基吡啶(t-bp)摩尔比为1∶0.1至1∶10。

技术特征：

1.双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物，其特征在于：化学式为c3h5f6n3o4s2或(cf3so2)2nnh2＝chnh2，分子量为325.2g/mol，化合物结构通式如下所示(同一个化合物，四种不同结构表达式)。

2.权利要求1所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.权利要求1所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于：卤化甲脒为氯化甲脒(cas号6313-33-3)、溴化甲脒(cas号146958-06-7)、碘化甲脒(cas号879643-71-7)。

5.根据权利要求2所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于，溶剂为低于180℃的低沸点且与副产物醋酸互溶的溶剂，如水、醇类、酮类、醚类、脂类、苯类等。

6.根据权利要求3所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于，溶剂为不溶解卤化银沉淀的溶剂，如水、醇类、酮类、醚类、脂类、苯类等。

7.根据权利要求2所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于，三氟甲烷磺酰亚胺和醋酸甲脒的用量为等化学计量比(摩尔比1∶1)，以确保反应后仅有目标产物和副产物醋酸，已确保减压蒸馏可蒸出全部溶剂和副产物，提升收率。

8.根据权利要求3所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于，双三氟甲烷磺酰亚胺银和卤化甲脒的用量为等化学计量比(摩尔比1∶1)，以确保反应后仅有目标产物和副产物卤化银沉淀，已确保过滤可以出去全部副产物，提升收率。

9.根据权利要求2所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于，反应式为：

10.根据权利要求3所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒的制备方法，其特征在于，反应式为：

11.权利要求1-10中任一项所述的双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物在太阳能电池的制备中的应用。

技术总结本发明提供了一种双三氟甲烷磺酰亚胺甲脒化合物及其制备方法，该化合物化学式为C<subgt;3</subgt;H<subgt;5</subgt;F<subgt;6</subgt;N<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;S<subgt;2</subgt;或(CF<subgt;3</subgt;SO<subgt;2</subgt;)<subgt;2</subgt;NNH<subgt;2</subgt;＝CHNH<subgt;2</subgt;，分子量为325.2g/mol，化合物结构通式如所示(同一个化合物，四种不同结构表达式)。其制备方法可采用两种，均可在室温下20分钟内反应完全。该化合物为白色晶体或粉末，不含常用太阳能电池电荷传输层添加剂(LiTSFI、NaTSFI、KTSFI、AgTSFI)等无机双三氟甲烷磺酰亚胺盐中所含的活泼碱金属元素如Li<supgt;+</supgt;、Na<supgt;+</supgt;、K<supgt;+</supgt;、Ag<supgt;+</supgt;，具有化学惰性、环境友好，原材料丰富，尺寸可调、结晶性好、迁移率高等优势。该制备方法简单、方便、重现性好，有利于大规模的产业化制备，可作为电荷传输层材料应用于太阳能电池中。技术研发人员：秦天石,李子昊受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12