5-Bromo-2-furaldehídoEs un polvo cristalino de color blanco a amarillo claro con un ligero olor irritante. Fórmula molecular C5H3BrO2, CAS 1899-24-7. Debido a la presencia de átomos de bromo y grupos aldehído en este compuesto, su estabilidad térmica puede ser relativamente pobre y es propenso a reacciones de descomposición u oxidación. Fácil de deteriorar o producir gases nocivos en condiciones de calentamiento. Puede ser soluble en agua y en disolventes orgánicos como etanol y éter. Puede utilizarse como intermediario farmacéutico para sintetizar compuestos biológicamente activos, como fármacos antibacterianos, antivirales y antitumorales. Puede utilizarse para tratar residuos orgánicos que contengan bromo y convertirlos en sustancias inofensivas o de baja toxicidad mediante reacciones como reducción u oxidación, logrando el aprovechamiento de recursos de los residuos. Se puede utilizar como monómero polimérico sintético para preparar materiales poliméricos de alto rendimiento, como fibras poliméricas, películas plásticas y materiales biodegradables.
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Fórmula química |
C5H3BrO2 |
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Masa exacta |
174 |
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Peso molecular |
175 |
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m/z |
174 (100.0%), 176 (97.3%), 175 (5.4%), 177 (5.3%) |
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Análisis elemental |
C, 34,32; H, 1,73; BR, 45,66; Oh, 18.29 |
5-Bromo-2-furaldehídotiene un valor de aplicación potencial en el almacenamiento de energía electroquímica, que implica principalmente la fabricación de dispositivos de almacenamiento de energía como baterías y supercondensadores.
1. Almacenamiento de energía en batería:
Puede utilizarse como sustancia activa en la batería y participar en el proceso de carga y descarga. Sus átomos de bromo y grupos aldehído pueden reaccionar con el electrolito, logrando el almacenamiento y liberación de energía eléctrica. Específicamente, se puede utilizar como material de electrodo positivo o negativo en tipos de baterías como baterías de iones de litio, baterías de iones de sodio o baterías de iones de bromo. En estas baterías, el almacenamiento y liberación de energía eléctrica se consigue mediante reacciones redox reversibles. En comparación con las baterías tradicionales, las baterías que utilizan 5-furaldehído de bromo 2 como principio activo tienen ventajas como una mayor densidad de energía, una velocidad de carga y descarga más rápida y una mejor estabilidad del ciclo.
2. Almacenamiento de energía en supercondensadores:
También se puede utilizar como sustancia activa en supercondensadores para el rápido almacenamiento y liberación de energía eléctrica. Los supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía con alta densidad de potencia y capacidades de carga y descarga rápidas, ampliamente utilizados en vehículos híbridos, productos electrónicos y campos de energía renovable. Como sustancia activa en supercondensadores, puede almacenar y liberar energía eléctrica mediante almacenamiento de carga de doble capa o reacciones de Faraday. En comparación con los condensadores electrolíticos tradicionales, los supercondensadores que utilizan 5-furaldehído de bromo 2 como material activo tienen ventajas como una mayor densidad de energía, un ciclo de vida más largo y una mejor adaptabilidad ambiental.
3. Mejora del rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía:
También se puede combinar con otras sustancias activas o materiales de electrodos para mejorar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía. Por ejemplo, combinando 5-furaldehído de bromo 2 con materiales para electrodos, como materiales de carbono, polímeros conductores u otros óxidos metálicos, se pueden preparar materiales para electrodos de alto rendimiento. Estos materiales de electrodos compuestos pueden mejorar el rendimiento de los dispositivos de almacenamiento de energía en términos de densidad de energía, densidad de potencia, ciclo de vida y seguridad.
Cabe señalar que la aplicación del almacenamiento de energía electroquímica aún se encuentra en la etapa de investigación y se necesitan más verificaciones experimentales y avances tecnológicos para aplicaciones prácticas. Al mismo tiempo, también es necesaria una evaluación suficiente de factores como la seguridad, el respeto al medio ambiente y el coste de producción en el almacenamiento de energía electroquímica. En el futuro, con la profundización de la investigación relacionada y el desarrollo de tecnología, las perspectivas de aplicación en el campo del almacenamiento de energía electroquímica serán aún más amplias.
5-bromo-2-furfural (número CAS: 1899-24-7), también conocido como 5-bromofurfural, 5-bromo-2-aldehído de azúcar, { El {7}}bromofurano-2-carbaldehído, etc., es un compuesto orgánico con una estructura química específica. Su fórmula molecular es C5H3BrO2, con un peso molecular de 174,98. Tiene propiedades físicas y químicas únicas, como una apariencia de aguja marrón, un cierto punto de fusión y una densidad e índice de refracción específicos. Estas propiedades hacen que el 5-bromo-2-furfural tenga un valor de aplicación potencial en múltiples campos, especialmente en el almacenamiento de energía electroquímica.
Antecedentes e importancia del almacenamiento de energía electroquímica
El almacenamiento de energía electroquímica es una tecnología que convierte la energía eléctrica en energía química y la almacena, y luego convierte la energía química en energía eléctrica cuando es necesario. Esta tecnología tiene las ventajas de alta eficiencia, protección ambiental y reciclabilidad, y actualmente es uno de los puntos calientes en el campo de la investigación energética. Con el crecimiento continuo de la demanda mundial de energía y el rápido desarrollo de las energías renovables, la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica está desempeñando un papel cada vez más importante en áreas como la regulación de la red, el acceso distribuido a la energía y las estaciones de carga de vehículos eléctricos.
El principio de aplicación del 5-bromo-2-furfural en el almacenamiento de energía electroquímica
Como compuesto orgánico, los grupos funcionales específicos y las propiedades de su estructura molecular lo hacen potencialmente valioso para el almacenamiento de energía electroquímica. Específicamente, el 5-bromo-2-furfural se puede modificar químicamente o combinar con otros materiales para formar materiales de almacenamiento de energía con propiedades electroquímicas específicas. Estos materiales pueden sufrir reacciones reversibles de oxidación-reducción durante el proceso de carga y descarga, logrando así el almacenamiento y liberación de energía eléctrica.
Preparación y optimización del rendimiento de materiales de almacenamiento de energía a base de 5-bromo-2-furfural
Optimización del rendimiento
(1) Control de morfología:
Al ajustar las condiciones de preparación, como la temperatura de reacción, el tiempo y la concentración del reactivo, se puede controlar la morfología y estructura de los materiales a base de 5-bromo-2-fluorofural. Las estructuras morfológicas específicas pueden aumentar la superficie específica de los materiales, mejorar la humectabilidad de los electrolitos y la eficiencia del transporte de iones, mejorando así el rendimiento del almacenamiento de energía.
(2) Modificación antidopaje:
Dopar otros elementos o compuestos en materiales a base de 5-bromo-2-fluorofural para alterar su estructura electrónica y propiedades químicas. El dopaje puede introducir nuevos sitios activos, mejorar la actividad redox de los materiales y mejorar su estabilidad y rendimiento ciclista.
(3) Diseño compuesto:
Los materiales compuestos de almacenamiento de energía se forman combinando materiales a base de 5-bromo-2-furfural con otros materiales funcionales como óxidos metálicos, materiales de carbono, etc. Los materiales compuestos pueden integrar las ventajas de diferentes materiales para lograr elementos complementarios y optimizados. actuación.
Evaluación del rendimiento electroquímico de materiales de almacenamiento de energía a base de 5-bromo-2-furfural
Para evaluar el rendimiento electroquímico de los materiales de almacenamiento de energía basados en 5-bromo-2-furfural, se requiere una serie de pruebas y análisis experimentales. Estas pruebas incluyen pruebas de voltametría cíclica, pruebas de descarga de carga de corriente constante, pruebas de impedancia de CA, etc. A través de estas pruebas, se pueden obtener indicadores clave como capacidad específica, estabilidad cíclica y rendimiento de velocidad del material.
1. Prueba de voltametría cíclica
La voltamperometría cíclica es un método de prueba electroquímico de uso común que registra la curva de variación de corriente con potencial escaneando cíclicamente el electrodo dentro de un cierto rango de potencial. Este método de prueba puede revelar el proceso de reacción redox y la reversibilidad de los materiales. Para los materiales de almacenamiento de energía basados en 5-bromo-2-furfural, las pruebas de voltamperometría cíclica pueden evaluar la actividad y la reversibilidad de sus reacciones redox, así como la estabilidad cíclica del material.
2. Prueba de carga y descarga de corriente constante
La prueba de carga y descarga de corriente constante es el proceso de cargar y descargar electrodos a una determinada densidad de corriente y registrar la curva de variación del potencial a lo largo del tiempo. Este método de prueba puede obtener indicadores clave como la capacidad específica y la eficiencia de Coulomb del material. Para los materiales de almacenamiento de energía basados en 5-bromo-2-furfural, las pruebas de descarga de carga de corriente constante pueden evaluar su rendimiento de almacenamiento de energía y su estabilidad cíclica.
3. Prueba de impedancia de CA
La prueba de impedancia de CA es un método para medir la impedancia del electrodo aplicando una señal de CA de pequeña amplitud. Este método de prueba puede obtener parámetros como la resistencia a la transferencia de carga y el coeficiente de difusión de iones del material. Para los materiales de almacenamiento de energía basados en 5-bromo-2-furfural, las pruebas de impedancia de CA pueden evaluar su rendimiento de transporte de iones y su eficiencia de transferencia de carga.
Caso de aplicación práctica del 5-bromo-2-furfural en el almacenamiento de energía electroquímica
En la actualidad, algunos estudios han aplicado el 5-bromo-2-furfural o sus derivados al campo del almacenamiento de energía electroquímica. Por ejemplo, algunos estudios han sintetizado materiales de carbono con morfología y estructura especiales utilizando derivados de la biomasa furfural (incluidos análogos del 5-bromo-2-fluorol) como principal materia prima mediante métodos químicos específicos. Estos materiales de carbono exhiben un excelente rendimiento electroquímico y estabilidad cíclica como materiales de electrodos de almacenamiento de energía.
Específicamente, algunos estudios han utilizado la reacción base de Schiff y el método de carbonización hidrotermal de un paso para preparar partículas de carbono con morfología especial utilizando furfural como fuente de carbono. Al activar y regular químicamente la estructura de los poros y combinarlos con óxidos metálicos electroquímicamente activos, se construyeron diferentes materiales de electrodos de almacenamiento de energía a base de iones de zinc y carbono a base de agua. Estos materiales tienen una superficie específica alta y una estructura de poros rica, lo que favorece el rápido transporte y almacenamiento de electrolitos. Los resultados experimentales indican que estos materiales exhiben alta capacidad, alta densidad de energía/potencia y excelente estabilidad cíclica en supercondensadores híbridos de iones de zinc.
Además, la investigación ha utilizado carbón poroso activado con "forma de arándano" como portador para introducir óxido de manganeso metálico in situ durante la síntesis hidrotermal de partículas de carbono, y ha diseñado y sintetizado partículas de carbono porosas con "forma de arándano" recubiertas de MnO2. Este material compuesto, como material de electrodo positivo para baterías de zinc y manganeso, exhibe una alta capacidad específica reversible y una excelente densidad de energía. Después de ciclos continuos de carga y descarga, aún puede mantener una alta capacidad específica y eficiencia Coulombic. Los resultados de esta investigación proporcionan referencias y orientación útiles para la aplicación del 5-bromo-2-fluorofural en el campo del almacenamiento de energía electroquímica.
El siguiente es un método de síntesis de laboratorio para5-Bromo-2-furaldehído:
La reacción entre formaldehído y bromo: HCHO + Br2→ HCOHBr + H2CO2hermano
Reacción promovida por ácido fórmico: HCOHBr + H2CO2Br HCOHBrCO2H + H2O
El hidróxido de calcio regula el valor del pH: HCOHBrCO2H + Ca(OH)2→ CaBrCH=O+CO2 + H2 O
Extracción de éter: C5H3Hermano2 + C8H10 → C5H3Hermano2 · C8H10
Destilación para eliminar el éter: C5H3Hermano2 · C8H10 → C5H3Hermano2 + C8H10
Pasos experimentales:
Cinco años de precipitación de productos mecánicos electrónicos, productos maduros y estables.
Una vez completada la reacción de bromación, se añade ácido fórmico a la botella de reacción para aumentar el rendimiento del producto.
Bajo la acción del ácido fórmico, la solución de reacción se vuelve marrón gradualmente, lo que indica que la reacción está en curso. En este momento, la temperatura debe mantenerse alrededor de 60 grados C y la agitación debe continuar durante un período de tiempo para completar la reacción.
Enfriar la solución de reacción a temperatura ambiente, agregar una cantidad adecuada de agua y ajustar el valor del pH a alcalino con hidróxido de calcio.
Filtrar para eliminar sedimentos y lavar la torta de filtración con una pequeña cantidad de agua. Combinar el filtrado y la solución de lavado y extraer con éter.
Secar el extracto etéreo y destilar para eliminar el éter. El residuo es 5-bromo-2-furaldehido.
Agregue lentamente bromo a la solución de reacción y controle la temperatura por debajo de 50 grados C. Observar que la solución de reacción se vuelve amarilla indica que la reacción ha comenzado.
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