Замещенные перфторалкилфторфосфаты и ионные жидкости на их основе: синтез, термические и электрохимические свойства

Ионные соединения с перфторалкилфторфосфатными анионами – перспективные материалы. Количество научных работ, посвященных им, растет в геометрической прогрессии, находится все больше и больше вариантов их применения, а главное, можно создавать ионные жидкости с заранее заданными свойствами. В настоящее время большой интерес представляет класс соединений, состоящих только из ионов с температурой плавления ниже 100°С – room temperature ionic liquids – ионные жидкости. Благодаря строению они являются, как правило, высокополярными, нелетучими, негорючими, электро- и теплопроводящими и малотоксичными веществами с высокой теплоёмкостью, термической и химической стабильностью, устойчивостью к гидролизу, обладают способностью к комплексообразованию и межмолекулярному взаимодействию. Все это позволяет рассматривать ИЖ как перспективную альтернативу традиционным органическим растворителям, средам-электролитам, фазам для взаимодействий, катализаторам. Кроме того, путем соответствующего выбора катиона и/или аниона можно получать соединения с характеристиками, необходимыми для конкретных практических приложений. Так, на основе исследуемых перфторэтилфторфосфатов возможно получение как апротонных ионных соединений, потенциально применимых в литиевых батареях и суперконденсаторах, так и протолитов – для испытаний в топливных элементах. Проект направлен на изучение способов синтеза исходных кислот и солей - перфторэтилфторфосфатов металлов и различных ониевых катионов - с применением реакций комплексообразования и обмена, протекающих в водных и смешанных растворах, а также на изучение свойств синтезированных соединений с использованием физико-химического (электропроводность, электрохимическая стабильность), спектроскопического (чистота, структура, ионная ассоциация и стекинг, подвижность ионов, растворяющая способность), термического (термостабильность, энергия активации разложения, температура замерзания, теплоёмкость, изменение плотности) методов анализа. За рамками исследования на планируемом этапе останутся многие другие свойства ионных жидкостей, такие как коррозионная активность и способы построения каталитических систем, иммобилизации изучаемых соединений на различных носителях. Объекты настоящего исследования – трисфтор-три(пентафторэтил)-, тетракисфтор-ди(пентафторэтил)-, пентакисфтор-пентафторэтилфосфаты – относятся к группе производных гексафторфосфатов, уже зарекомендовавших себя в качестве важнейших анионов в дизайне ионных жидкостей. Первые результаты, наработанные нашим коллективом, подтверждают возможность получения спектрально чистых ионных соединений, в том числе находящихся в жидком состоянии при комнатной температуре, обладающих высокой термической стабильностью. При этом на термограммах некоторых из этих соединений фиксируются фазовые переходы, характерные для жидких кристаллов, а бипирамидальные восьмигранные структуры солей с металлами первой группы подтверждены методом рентгеноструктурного анализа. Кроме того, необходимо отметить, что ряд солей на базе тетраалкиламмония обладают подтвержденной биологической активностью. Ключевой особенностью выбранных объектов нового исследования является уникальная комбинация свойств перфторированных элементоорганических соединений, открывающих доступ к широкому спектру инновационных промышленных применений продуктов и композиций на их основе. Разработка новых материалов и химических продуктов является приоритетом научно-технической политики в Пермском крае, где располагается мощная производственная и научная база фторированных соединений, заложенная исследованиями Российского научного центра «Прикладная химия» более полувека назад. Результатом исследования будут разработка методов синтеза соединений, содержащих фторированный элементоорганический анион общей формулы [PF(6-n)C2F5(n)]-, установление закономерностей взаимодействия соответствующих кислот с карбонатами/гидрокарбонатами металлов, галогенидами и солями ониевых оснований, создание библиотек новых ионных соединений и описание их физико-химических свойств и строения.