CN103459404B - 金属儿茶酚化物骨架的制备 - Google Patents

金属儿茶酚化物骨架的制备 Download PDF

Info

Publication number
CN103459404B
CN103459404B CN201280016228.9A CN201280016228A CN103459404B CN 103459404 B CN103459404 B CN 103459404B CN 201280016228 A CN201280016228 A CN 201280016228A CN 103459404 B CN103459404 B CN 103459404B
Authority
CN
China
Prior art keywords
skeleton
optionally substituted
cat
metal
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280016228.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103459404A (zh
Inventor
奥玛尔·M·亚纪
费利佩·冈达拉-巴拉甘
万顺
陆政
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of California
Original Assignee
University of California
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of California filed Critical University of California
Publication of CN103459404A publication Critical patent/CN103459404A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103459404B publication Critical patent/CN103459404B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C49/00—Ketones; Ketenes; Dimeric ketenes; Ketonic chelates
    • C07C49/92—Ketonic chelates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • C07F15/04—Nickel compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/12—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing organo-metallic compounds or metal hydrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F1/00—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic System
    • C07F1/005—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic System without C-Metal linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F13/00—Compounds containing elements of Groups 7 or 17 of the Periodic System
    • C07F13/005—Compounds without a metal-carbon linkage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • C07F15/04—Nickel compounds
    • C07F15/045—Nickel compounds without a metal-carbon linkage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • C07F15/06—Cobalt compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00—Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • C07F15/06—Cobalt compounds
    • C07F15/065—Cobalt compounds without a metal-carbon linkage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F3/00—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic System
    • C07F3/003—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic System without C-Metal linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F3/00—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic System
    • C07F3/06—Zinc compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F5/00—Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic System
    • C07F5/003—Compounds containing elements of Groups 3 or 13 of the Periodic System without C-Metal linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic System
    • C07F7/003—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic System without C-Metal linkages
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F9/00—Compounds containing elements of Groups 5 or 15 of the Periodic System
    • C07F9/005—Compounds of elements of Group 5 of the Periodic System without metal-carbon linkages

Abstract

本发明提供了金属儿茶酚化物骨架及其使用方法，包括气体分离、气体储存、催化、可调导体、超电容器和传感器。

Description

金属儿茶酚化物骨架的制备
关于联邦资助的研究的声明
本发明是在由美国能源部授予的编号为DE-FG36-08GO18141和DE-SC0001342的政府支持下做出的。政府享有本发明的某些权益。
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119，本申请要求2011年2月4日提交的美国临时申请序列号61/439,748的优先权，该临时申请通过引用以其全部内容并入本文中。
技术领域
本发明涉及多孔金属有机骨架及其用途。
背景技术
全球经济($3500亿)的很大一部分基于在石油化学裂化、水软化和纯化用离子交换、以及气体的分离中使用金属多孔骨架。
发明内容
本公开提供了多种金属儿茶酚化物(metal catecholate)(CAT)骨架。在某一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I通式结构的核的CAT骨架：
其中M为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1-R4中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在另一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I通式结构的核的CAT骨架：
其中，M是金属，金属离子，或含金属的络合物；R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1-R4中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(R9SH)2，C(R5SH)3，CH(R5NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在还另一个实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I通式结构的核的CAT骨架：
其中M是金属，金属离子，或含金属的络合物；R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C19)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C19)环烷基，任选取代的(C1-C19)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、混合环体系和儿茶酚的组的取代的环；X1是具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基；并且其中R1-R4中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(R9SH)2，C(R5SH)3，CH(R5NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3。
在进一步的实施方案中，本公开提供了一种CAT骨架，该骨架包含一个或多个包含式IV(a)的核单元：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，R13，R16-R17，和R20各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在另外的实施方案中，本公开提供了一种CAT骨架，该骨架包含一个或多个包含式IV(b)的核单元：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
在还另一个实施方案，本公开提供了一种CAT骨架，该骨架包含一个或多个包含式V的核单元：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，R13，R16-R17，和R20-R50独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，任选取代的(C1-C5)杂炔基，任选取代的(C1-C6)环烷基，任选取代的(C1-C6)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，R13，R16-R17，和R20-R50中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1是具有1至2个碳原子的烷基。
在某一实施方案中，本公开提供了一种CAT骨架，该骨架包含一个或多个包含式V(a)的核单元：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
本公开还提供包含同质或异质核的CAT骨架。例如，CAT骨架可以包含一种选自包含式I(a)、II(a)、III(a)、IV(a)、V(a)或VI(a)的组的核。备选地，CAT骨架可以包含两种或多种选自包含式I(a)、II(a)、III(a)、IV(a)、V(a)或VI(a)的组的核。在某一实施方案中，包含式IV(a)核的CAT骨架，还包含一种或多种选自包含式I(a)、II(a)、III(a)或VI(a)的组的核：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4-R5，R8-R9，R12，R51，R54-R55或R58各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
本公开还提供了含有一种或多种金属、金属离子或含金属的络合物的一个或多个核。所述金属、金属离子或含金属的络合物典型地包含过渡金属，但是本公开还提供了包含碱金属、碱土金属、镧系金属、锕系金属和过渡后金属的金属、金属离子或含金属的络合物。在具体的实施方案中，CAT骨架包含一个或多个含有选自包含下列各项的组的金属或金属离子的核：
Li+，Na+，K+，Rb+，Cs+，Be2+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Sc3+，Sc2+，Sc+，Y3+，Y2+，Y+，Ti4+，Ti3+，Ti2+，Zr4+，Zr3+，Zr2+，Hf4+，Hf3+，V5+，V4+，V3+，V2+，Nb5+，Nb4+，Nb3+，Nb2+，Ta5+，Ta4+，Ta3+，Ta2+，Cr6 +，Cr5+，Cr4+，Cr3+，Cr2+，Cr+，Cr，Mo6+，Mo5+，Mo4+，Mo3+，Mo2+，Mo+，Mo，W6+，W5+，W4+，W3+，W2+，W+，W，Mn7+，Mn6+，Mn5+，Mn4+，Mn3+，Mn2+，Mn+，Re7+，Re6+，Re5+，Re4+，Re3+，Re2+，Re+，Re，Fe6+，Fe4+，Fe3+，Fe2+，Fe+，Fe，Ru8+，Ru7+，Ru6+，Ru4+，Ru3+，Ru2+，Os8+，Os7+，Os6+，Os5+，Os4+，Os3+，Os2+，Os+，Os，Co5 +，Co4+，Co3+，Co2+，Co+，Rh6+，Rh5+，Rh4+，Rh3+，Rh2+，Rh+，Ir6+，Ir5+，Ir4+，Ir3+，Ir2+，Ir+，Ir，Ni3+，Ni2+，Ni+，Ni，Pd6+，Pd4+，Pd2+，Pd+，Pd，Pt6+，Pt5+，Pt4+，Pt3+，Pt2+，Pt+，Cu4+，Cu3+，Cu2+，Cu+，Ag3+，Ag2+，Ag+，Au5+，Au4+，Au3+，Au2+，Au+，Zn2+，Zn+，Zn，Cd2+，Cd+，Hg4+，Hg2+，Hg+，B3+，B2+，B+，Al3+，Al2 +，Al+，Ga3+，Ga2+，Ga+，In3+，In2+，In1+，Tl3+，Tl+，Si4+，Si3+，Si2+，Si+，Ge4+，Ge3+，Ge2+，Ge+，Ge，Sn4+，Sn2+，Pb4+，Pb2+，As5+，As3+，As2+，As+，Sb5+，Sb3+，Bi5+，Bi3+，Te6+，Te5+，Te4+，Te2+，La3+，La2+，Ce4+，Ce3+，Ce2+，Pr4+，Pr3+，Pr2+，Nd3+，Nd2+，Sm3+，Sm2+，Eu3+，Eu2+，Gd3+，Gd2+，Gd+，Tb4+，Tb3+，Tb2+，Tb+，Db3+，Db2+，Ho3+，Er3+，Tm4+，Tm3+，Tm2+，Yb3+，Yb2+，和Lu3+。在另一实施方案中，CAT骨架包含一个或多个含有一种选自包含下列各项的组的金属或金属离子的核：
Li+，Mg2+，Ca2+，Ba2+，Zr4+，Zr3+，Zr2+，Mn3+，Mn2+，Mn+，Fe3+，Fe2+，Fe+，Ni3+，Ni2+，Ni+，Ni，Cu4+，Cu3+，Cu2+，Cu+，V5+，V4+，V3+，V2+，Co3+，Co2+，Co+，Zn2+，Zn+，Ce4+，Ce3+，和Ce2+在还另一个实施方案中，CAT骨架包含一个或多个含有一种或多种选自包含下列各项的组的金属离子的核：Li+，Mg2+，Ca2+，Ba2+，Zr2+，Mn2，Fe2+，Ni2+，Cu2+，V2+，Co2+，Zn2+，和Ce2+。在进一步的实施方案中，CAT骨架包含含有Ni2+或Co2+金属离子的核。
本公开提供了CAT骨架的制备，所述CAT骨架的制备通过使骨架金属、金属离子或含金属的络合物与含有至少一个儿茶酚基连接簇(linking cluster)和至少一个另外的儿茶酚基或非儿茶酚基连接簇的连接部分反应进行。在优选的实施方案中，使骨架金属、金属离子或含金属的络合物与仅含有儿茶酚基连接簇的连接部分反应。在此情况下，连接部分可以具有至少两个、或者至少三个儿茶酚基连接簇。在某一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个核的CAT骨架，所述核包含一个或多个具有式IX(a)结构的连接部分：
其中，R1，R4，R13，R16-R17和R20各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在具体的实施方案中，本公开提供了一种CAT骨架，其中一个或多个核包含一个或多个具有式IX(b)结构的连接部分：
本公开还提供了包含衍生自一种类型的连接部分的同质核的CAT骨架，所述连接部分为例如VII(a)，VIII(a)，IX(a)，X(a)，或XI(a)。此外，本公开还提供了包含异质核的CAT骨架，所述异质核为例如VII(a)，VIII(a)，IX(a)，X(a)或XI(a)的组合。在某一实施方案中，包含一个或多个由具有式X(a)的连接部分制备的核的CAT骨架，还包含一个或多个由一个或多个选自包含式VII(a)、VIII(a)、IX(a)或XI(a)的组中的连接部分制备的核：
其中，R1，R4-R5，R8-R9，R12，R51，R54-R55和R58各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
本公开还提供了CAT骨架，其中所述骨架的孔通过基本上不含任何客体分子而被活化。备选地，本公开提供了CAT骨架，其中所述骨架的孔由于孔中含有客体分子而未被活化。
在某一实施方案中，本公开提供了未与一种或多种后骨架反应剂(postframework reactant)反应的CAT骨架。备选地，在另一实施方案中，本公开还提供了与一种或多种后骨架反应剂反应的合成CAT骨架。后骨架反应剂可以通过向CAT骨架施加至少一种影响或备选地至少两种影响来修改或增加CAT骨架的功能性和/或特征。这种影响的实例包括：调节CAT骨架的气体储存能力；调节CAT骨架的吸着性能；调节CAT骨架的孔尺寸；调节CAT骨架的催化活性；调节CAT骨架的传导性；以及调节CAT骨架对感兴趣的分析物存在的灵敏度。
本公开提供了，在此描述的CAT骨架表现出多种有用的性质，包括但不限于：气体分离，气体储存，催化作用，可调导体，超电容器，和传感器。在某一实施方案中，本公开提供了进一步包含一种或多种被吸收或被吸附的化学物种的CAT骨架。这种化学物种的实例包括但不限于：气体，任选取代的(C1-C25)有机分子，无机分子，及其组合。在进一步的实施方案中，本公开提供了进一步包含一种或多种被吸附或被吸收的化学物种的CAT骨架，所述化学物种选自包含下列各项的组：氩，氨，二氧化碳，一氧化碳，氢，胺，氧，臭氧，氮，一氧化二氮，有机染料，多环有机分子，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，硫醇，烃，甲醛，二异氰酸酯，三氯乙烯，碳氟化合物，及其组合。在还进一步的实施方案中，本公开提供了进一步包含一种或多种被吸附或被吸收的化学物种的CAT骨架，所述化学物种选自包含下列各项的组：氩，二氧化碳，一氧化碳，氢，氮，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，硫醇，及其组合。在另一实施方案中，本公开提供了进一步包含一种或多种被吸附或被吸收的化学物种的CAT骨架，所述化学物种选自包含下列各项的组：氢，二氧化碳，一氧化碳，或其组合。
本公开还提供了，在此公开的CAT骨架的许多有用性质之一是CAT骨架可以用于通过例如与混杂的气体混合物接触来分离或储存一种或多种来自所述气体混合物的气体。在某一实施方案中，本公开提供了通过例如使本文中描述的CAT骨架与气体混合物接触来分离和/或储存一种或多种高电子密度气体的方法。在另一实施方案中，本公开提供了通过例如使本文中描述的CAT骨架与燃料气气流接触来分离和/或储存一种或多种来自燃料气气流的气体的方法。燃料气气流的实例包括但不限于：天然气，城市煤气，合成气，和生物气。对于天然气气流，本文中描述的CAT骨架可以用于通过使一种或多种CAT骨架与天然气气流接触来分离和/或储存一种或多种来自该天然气气流的酸性气体。
本公开还提供了分离或储存一种或多种来自内燃机废气的气体的方法，所述方法包括使所述废气与一种或多种本文中公开的CAT骨架接触。在某一实施方案中，本公开提供了分离或储存一种或多种来自烟道气的气体的方法，所述方法包括使所述烟道气与一种或多种本文中公开的CAT骨架接触。
本公开还提供了多种包含一种或多种本文中公开的CAT骨架的装置。这种装置的实例包括但不限于气体储存装置和气体分离装置。在具体的实施方案中，本公开提供了本文中公开的CAT骨架构成气体储存或气体分离装置的一部分，所述气体储存或气体分离装置选自由下列各项组成的组：净化器，过滤器，洗涤器，变压吸附装置，分子筛，中空纤维膜，陶瓷膜，深冷气体分离装置，和混合气体分离装置。在另一实施方案中，本公开提供了本文中公开的CAT骨架构成下列装置的一部分：一氧化碳检测器，空气净化器，燃料气净化器，和测量内燃机排放的装置。
本公开还提供了包含本公开CAT骨架的化学传感器，催化剂，可调导体或超电容器。
附图说明
图1A-D给出了Co-CAT结构的单晶结构的空间填充图。(A)Co-CAT结构沿c轴的视图。(B)Co-CAT的延伸层。(C)由三核络合物CO3HTTP(H2O)12形成的层。(D)两个延伸的波纹状层沿[110]方向的视图。代码：Co，较大的深灰色球；C，浅灰色球；以及O，较小的深灰色球。为清楚起见省略了氢原子。
图2给出了Ni-CAT-1在连续流动氮气氛下以5℃min-1恒速加热的热解重量分析图。
图3给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Ni-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图4给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Zn-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图5给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Cu-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图6给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Zr-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图7给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Co-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图8给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Mg-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图9给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Ca-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图10给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Ba-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图11给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Ce-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图12给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的V-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图13给出了使用Bruker D8-Discoverθ-20θ衍射仪按照反射Bragg-Brentano几何得到的Mn-CAT-1的粉末X-射线衍射图样。
图14给出了以黑色示出的Ni-CAT-1的粉末X-射线衍射图样，精修曲线表示为顶部浅灰色线，差值图表示为底部灰色线(实测值减去精修曲线值)。
图15给出了Co-CAT-1在不同溶剂中浸渍一星期后的粉末X-射线衍射图样。
图16给出了Ni-CAT-1在不同溶剂中浸渍一星期后的粉末X-射线衍射图样。
图17给出了Zr-CAT-1在环境温度下的电子顺磁光谱图。
图18给出了Zn-CAT-1在环境温度下的电子顺磁光谱图。
图19给出了Co-CAT-1在环境温度下的电子顺磁光谱图。
图20提供了Ni-CAT-1的扫描电子显微镜图像。
图21提供了Zn-CAT-1的扫描电子显微镜图像。
图22A-F提供了(A)显示一致的棒的Ni-CAT-1的FE SEM图像；插图：放大显示六角形表面；(B)在120kV拍摄的活化Ni-CAT-1的低倍HR-TEM图像；(C)显示活化Ni-CAT-1的终端结构(箭头指示)的高倍HR-TEM图像；(D)在120kV拍摄的Ni-CAT-1的高倍HR-TEM图像，插入的图像为箭头指示的相应区域的快速傅里叶变换(FFT)分析；(E)显示垂直于孔壁的边缘的波动特性的FFT图像，以及通过[001]方向看的HR-TEM和受激图像之间的比较；和(F)在60kV拍摄的环形暗场扫描透射电子显微(ADF-STEM)图像和电子能量损失能谱(EELS)谱图。
图23提供了在30kV观察到的活化Ni-CAT-1样本的HRTEM图像。图像显示了该样本在30kV下最容易被破坏，即使当电子束密度相同时。
图24提供了在60kV观察到的活化Ni-CAT-1样本的HRTEM图像；(A)在60kV观察到的Ni-CAT-1在母液样本中的HRTEM图像；和(B)显示了样本在60kV破坏较少。
图25给出了在87K测量的Ni-CAT-1的氩气吸附等温线。吸附和脱附点分别由实心圆和空心圆表示。
图26给出了在87K测量的Ni和Co-CAT-1的氩气吸附等温线。吸附和脱附点分别由实心圆和空心圆表示。
图27给出了使用圆柱形孔模型得到的Ni-CAT-1的孔径分布曲线。
图28给出了Zn-CAT-1的N2等温曲线。吸附和脱附点分别由实心圆和空心圆表示。
图29给出了Zr-CAT-1的N2等温曲线。吸附和脱附点分别由实心圆和空心圆表示。
图30A-B提供了(A)与电极相连的Cu-CAT-1的电子显微镜图像；和(B)给出了在指示环境下Cu-CAT-1的传导性测量图。
具体实施方式
除非上下文中另有明确说明，如在本文和后附权利要求中使用的，单数形式“a/an(一)”和“所述/该”包括复数指代物。因此，例如，提及“a pore(一个孔)”时，包括多个这样的孔，提及“所述金属”时，包括本领域技术人员已知的一种/个或多种/个金属，以此类推。
同样，除非另有说明，使用“或”表示“和/或”。类似地，“包含”、“包括”、以及“具有”是可互换的，而不意在于限制。
所要进一步理解的是，在多个实施方案的说明使用术语“包含”时，本领域技术人员将理解，在某些特定的情况下，一个实施方案可以备选地使用语言“基本上由......组成”或“由......组成”描述。
除非另外定义，本文中使用的所有科技术语具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义。尽管与本文所述的方法和材料相似或相当的方法和材料可以用于实施所公开的方法和组合物，但仍然在本文中描述了示例性方法、装置和材料。
为了描述和公开方法学的目的，在整个公开中所提及的所有出版物都通过引用以其全部内容并入本文中，所述方法学记载在所述出版物中，所述出版物可以与本文的描述一起使用。以上及通篇所讨论的出版物仅因他们的公开早于本申请的申请日而提供。本文中任何内容均不应解释为承认发明人由于在先公开而无权占先于这样的公开。此外，对于在并入的文献中找到的相似或相同的术语以及在本公开中明确定义的术语，在各个方面均以本公开中所提供的术语定义为准。
如在本文中使用，“金属儿茶酚化物骨架”是指通过多个儿茶酚基连接部分连接的具有多个金属、金属离子或含金属的络合物的重复核的骨架。
如在本文中使用，“儿茶酚化物(catecholate)”是指与儿茶酚部分配位的含金属的络合物、金属或金属离子。虽然优选的是儿茶酚部分以多齿方式连接单个含金属的络合物、金属或金属离子，但是本公开也提供了两个含金属的络合物、金属或金属离子以顺式(syn)或者反式(anti)方式连接到单个儿茶酚的每个氧原子的连接方式。
如在本文中使用，“儿茶酚”是指基于取代的或未取代的1，2-二羟基苯的可以任选取代的化合物或部分。
“金属”是指典型地坚硬、有光泽、可锻、易熔和延性的、具有良好的电和热传导性的固体材料。本文中使用的“金属”是指选自碱金属、碱土金属、镧系金属、锕系金属、过渡金属和过渡后金属(post transition metal)的金属。
“金属离子”是指金属的离子。金属离子通常为路易斯酸并且能够形成配位化合物。典型地，用于形成骨架中配位化合物的金属离子为过渡金属的离子。
“含金属的络合物”是指金属或金属离子的络合物，其中该金属或金属离子位于中心并且有若干其他分子或离子环绕。这些分子或离子通常通过一个或多个配位键与中心金属或金属离子相互作用。
术语“簇”是指2个或更多个原子的可辨认的缔合。这样的缔合典型地通过某种类型的键——离子键、共价键、范德华力、配位键等——建立。
“连接部分”是指含有至少一个儿茶酚部分或其衍生物的母链，其能够结合至少一个金属、金属离子或含金属的络合物。在金属儿茶酚化物骨架合成后，通过与一种或多种后骨架反应剂反应，连接部分可以被进一步取代。
术语“连接簇”是指能够与另一个连接部分的一个或多个原子、和/或一个或多个金属、金属离子或含金属的络合物形成缔合例如共价键、极性共价键、离子键和范德华相互作用的一个或者多个原子。连接簇可以为母链本身的一部分(例如儿茶酚中的氧原子)，和/或另外地，可以产生于官能化母链(例如向儿茶酚基母链添加羧酸基团)。例如，连接簇可以包括OH，1，2-二醇，NN(H)N，N(H)NN，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(RSH)2，C(RSH)3，CH(RNH2)2，C(RNH2)3，CH(ROH)2，C(ROH)3，CH(RCN)2，C(RCN)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，和C(CN)3，其中R为具有1至5个碳原子的烷基，或者包含1至2个苯环和CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，和C(CN)3的芳基。总体上，对于本文中公开的金属儿茶酚化物骨架，结合一个或多个金属或金属离子和/或与另一个连接部分的一个或多个原子缔合的一个或多个连接簇包含儿茶酚基母链的至少一个氧原子，优选两个氧原子。然而，儿茶酚基母链可以进一步被一个或更多个连接簇取代，因此，除了儿茶酚基母链的氧原子基连接簇外(或者取而代之地)，所述儿茶酚基母链(还)可以与一个或多个金属或金属离子和/或另一个连接部分的一个或多个原子形成缔合。通常，本文中公开的连接簇为路易斯碱，因而其具有可用的孤对电子，并且/或者可以脱质子化形成更强的路易斯碱。因此，连接簇的脱质子形式包括在本公开内，并且无论何处以非脱质子形式描述连接簇，应该推定包括脱质子形式，除非另有说明。例如，尽管本文中表示的结构式被图示为具有羟基，但是就本公开的目的而言，这些图示的结构应当解释为既包括羟基也包括脱质子的羟基。
术语“配位化合物”是指由一个或多个连接部分的一个或多个连接簇通过与中心金属或金属离子形成配位键配位的中心金属或金属离子。就本公开的目的而言，“配位化合物”包括产生于具有单齿和/或多齿连接簇的连接部分的络合物。
术语“烷基”是指由碳和氢原子组成、且碳之间具有共价单键的有机基团。典型地，如在本公开中使用的“烷基”是指含有1至30个碳原子的有机基团，除非另有说明。如果存在多于1个碳，则该碳可以以直链的方式连接，或者备选地，如果存在多于2个碳，则碳还可以以分支的形式连接，从而母链含有一个或多个仲碳、叔碳或季碳。烷基可以是取代或未取代的，除非另有说明。
术语“烯基”是指由碳和氢原子组成、且在两个碳间含有至少一个共价双键的有机基团。典型地，如在本公开中使用的“烯基”是指含有1至30个碳原子的有机基团，除非另有说明。虽然C1-烯基能够与母链的碳形成一个双键，但是三个或更多个碳的烯基可以含有多于一个双键。在某些情况下，烯基将是共轭的，在另外的情况下，烯基将不是共轭的，在还另外的情况下，烯基可以具有共轭段和非共轭段。此外，如果存在多于1个碳，则碳可以以直链的方式连接，或者备选地，如果存在多于3个碳，则碳还可以以分支的形式连接，从而母链含有一个或多个仲碳、叔碳或季碳。烯基可以是取代或未取代的，除非另有说明。
术语“炔基”是指由碳和氢原子组成、且在两个碳之间含有共价三键的有机基团。典型地，如在本公开中使用的“炔基”是指含有1至30个碳原子的有机基团，除非另有说明。虽然C1-炔基能够与母链的碳形成一个三键，但是三个或多个碳的炔基可以含有多于一个三键。如果存在多于1个碳，则碳可以以直链的方式连接，或者备选地，如果存在多于4个碳，则碳还可以以分支的形式连接，从而母链含有一个或多个仲碳、叔碳或季碳。炔基可以是取代或未取代的，除非另有说明。
如在本公开中使用，术语“环烷基”是指含有连接形成环的至少3个碳原子但是不多于12个碳原子的烷基。就本公开的目的而言，“环烷基”包含1至7个环烷基环，其中当环烷基多于1个环时，则环烷基环接合，从而他们被连接起来，稠合在一起，或其组合。环烷基可以是取代或未取代的，或者，在多于一个环烷基环的情况下，一个或多个环可以是未取代的，一个或多个环可以是取代的，或其组合。
如在本公开中使用，术语“环烯基”是指含有连接形成环的至少3个碳原子但是不多于12个碳原子的烯烃。就本公开的目的而言，“环烯基”包含1至7个环烯基环，其中当环烯基多于1个环时，则环烯基环接合，从而他们被连接起来，稠合在一起，或其组合。环烯基可以是取代或未取代的，或者，在多于一个环烯基环的情况下，一个或多个环可以是未取代的，一个或多个环可以是取代的，或其组合。
如在本公开中使用，术语“芳基”是指具有仅含有碳作为环原子的离域π电子云的平面环共轭体系。就本公开的目的而言，“芳基”包含1至7个芳基环，其中当芳基多于1个环时，芳基环接合，从而他们被连接起来，稠合在一起，或其组合。芳基可以是取代的或未取代的，或者，在多于一个芳基环的情况下，一个或多个环可以是未取代的，一个或多个环可以是取代的，或其组合。
如在本公开中使用，术语“杂环”是指含有至少1个非碳环原子的环结构。就本公开的目的而言，“杂环”包含1至7个杂环，其中当杂环多于1个环时，杂环被接合，从而他们被连接、稠合或其组合。杂环可以是杂芳基或非芳香性的，或者，在多于一个杂环环的情况下，一个或多个环可以是非芳香性的，一个或多个环可以是杂芳基，或其组合。杂环可以是取代的或未取代的，或者在多于一个杂环环的情况下，一个或多个环可以是未取代的，一个或多个环可以是取代的，或其组合。典型地，非碳环原子为N，O，S，Si，Al，B或P。在多于一个非碳环原子的情况下，这些非碳环原子可以是相同的元素，或者是不同元素如N和O的组合。杂环的实例包括但不限于：单环杂环，如，氮丙啶，环氧乙烷，硫杂丙环，氮杂环丁烷，氧杂环丁烷，硫杂环丁烷(thietane)，吡咯烷，吡咯啉，咪唑烷，吡唑烷，吡唑啉，二氧戊环，环丁砜2，3-二氢呋喃，2，5-二氢呋喃，四氢呋喃，四氢噻吩，哌啶，1，2，3，6-四氢-吡啶，哌嗪，吗啉，硫代吗啉，吡喃，噻喃，2，3-二氢吡喃，四氢吡喃，1，4-二氢吡啶，1，4-二烷，1，3-二烷，二烷，高哌啶，2，3，4，7-四氢-1H-吖庚因(azepine)，高哌嗪，1，3-二氧庚环，4，7-二氢-1，3-二氧杂环庚烯(4，7-dihydro-1，3-dioxepin)，以及环氧己烷；和多环杂环，如，吲哚，吲哚啉，异吲哚啉，喹啉，四氢喹啉，异喹啉，四氢异喹啉，1，4-苯并二烷，香豆素，二氢香豆素，苯并呋喃，2，3-二氢苯并呋喃，异苯并呋喃，色烯，色满(chroman)，异色满，呫吨，吩噻(phenoxathiin)，噻蒽，中氮茚，异吲哚，吲唑，嘌呤，2，3-二氮杂萘，1，5-二氮杂萘，喹喔啉，喹唑啉，噌啉，蝶啶，菲啶，啶，菲咯啉，吩嗪，吩噻嗪，吩嗪，1，2-苯并异唑，苯并噻吩，苯并唑，苯并噻唑，苯并咪唑，苯并三唑，硫代黄嘌呤(thioxanthine)，咔唑，咔啉，吖啶，吡咯烷士定(pyrolizidine)，以及喹诺里西啶(quinolizidine)。除了上述多环杂环，杂环还包括如下多环杂环：其中两个或更多个环之间的环稠合包括多于一个两环共用的键和多于两个两环共用的原子。这种桥联杂环的实例包括奎宁环，二氮杂双环[2.2.1]庚烷和7-氧杂双环[2.2.1]庚烷。
单独使用或作为后缀或前缀使用的术语“杂环基团”，“杂环部分”，“杂环的”，或“杂环”是指去除了一个或多个氢的杂环。
单独使用或作为后缀或前缀使用的术语“杂环基”是指自杂环通过从其去除氢原子而衍生的单价基团。杂环基包括，例如，单环杂环基，诸如，氮丙啶基，环氧乙烷基，硫杂丙环基，氮杂环丁烷基，氧杂环丁烷基，硫杂环丁烷基(thietanyl)，吡咯烷基，吡咯啉基，咪唑烷基，吡唑烷基，吡唑啉基，二氧戊环基，环丁砜基，2，3-二氢呋喃基，2，5-二氢呋喃基，四氢呋喃基，四氢噻吩基，哌啶基，1，2，3，6-四氢-吡啶基，哌嗪基，吗啉基，硫代吗啉基，吡喃基，噻喃基，2，3-二氢吡喃基，四氢吡喃基，1，4-二氢吡啶基，1，4-二烷基，1，3-二烷基，二烷基，高哌啶基，2，3，4，7-四氢-1H-吖庚因基，高哌嗪基，1，3-二氧庚环基，4，7-二氢-1，3-二氧杂环庚烯基，和环氧己烷基。此外，杂环基还包括芳族杂环基或杂芳基，例如，吡啶基，吡嗪基，嘧啶基，哒嗪基，噻吩基，呋喃基，呋咱基(furazanyl)，吡咯基，咪唑基，噻唑基，唑基，吡唑基，异噻唑基，异唑基，1，2，3-三唑基，四唑基，1，2，3-噻二唑基，1，2，3-二唑基，1，2，4-三唑基，1，2，4-噻二唑基，1，2，4-二唑基，1，3，4-三唑基，1，3，4-噻二唑基，和1，3，4-二唑基.此外，杂环基还包括多环杂环基(包括芳族或非芳族)，例如，吲哚基，吲哚啉基，异吲哚啉基，喹啉基，四氢喹啉基，异喹啉基，四氢异喹啉基，1，4-苯并二烷基，香豆素基，二氢香豆素基，苯并呋喃基，2，3-二氢苯并呋喃基，异苯并呋喃基，色烯基，色满基，异色满基，呫吨基，吩噻基，噻蒽基，中氮茚基，异吲哚基，吲唑基，嘌呤基，2，3-二氮杂萘基，1，5-二氮杂萘基，喹喔啉基，喹唑啉基，噌啉基，蝶啶基，菲啶基，啶基，菲咯啉基，吩嗪基，吩噻嗪基，吩嗪基，1，2-苯并异唑基，苯并噻吩基，苯并唑基，苯并噻唑基，苯并咪唑基，苯并三唑基，硫代黄嘌呤基，咔唑基，咔啉基，吖啶基，吡咯烷士定基(pyrolizidinyl)，以及喹诺里西啶基(quinolizidinyl)。除了上述多环杂环基，杂环基还包括如下多环杂环基：其中两个或更多个环之间的环稠合包括多于一个两环共用的键和多于两个两环共用的原子。这种桥联杂环的实例包括但不限于奎宁环基，二氮杂双环[2.2.1]庚基和7-氧杂双环[2.2.1]庚基。
单独使用或作为后缀或前缀使用的术语“杂芳基”是指具有芳族特征的杂环或杂环基。杂芳基的实例包括但不限于：吡啶，吡嗪，嘧啶，哒嗪，噻吩，呋喃，呋咱，吡咯，咪唑，噻唑，唑，吡唑，异噻唑，异唑，1，2，3-三唑，四唑，1，2，3-噻二唑，1，2，3-二唑，1，2，4-三唑，1，2，4-噻二唑，1，2，4-二唑，1，3，4-三唑，1，3，4-噻二唑，和1，3，4-二唑。
术语“杂”作为前缀使用(如杂烷基，杂烯基，杂炔基或杂烃)时，就本公开的目的而言，是指所述的一个或多个碳原子被非碳原子代替作为母链的一部分的烃。这种非碳原子的实例包括但不限于N，O，S，Si，Al，B和P。如果在杂基母链中存在多于一个非碳原子，则该原子可以是相同的元素或可以是不同元素如N和O的组合。
术语“混合环体系”是指含有至少两个环并且其中所述环通过连接、稠合或其组合被接合在一起的任选取代的环结构。混合环体系包含不同环类型(包括环烷基、环烯基、芳基和杂环)的组合。
与烃、杂环等有关的术语“未取代的”是指母链不含取代基的结构。
与烃、杂环等有关的术语“取代的”是指母链含有一个或多个取代基的结构。
术语“取代基”是指取代替换氢原子的原子或原子组合。就本公开的目的而言，取代基将包括氘原子。
术语“烃”是指仅含碳和氢的原子组合。可用于本公开的烃的实例包括但不限于：烷烃，烯烃，炔烃，芳烃和苄基。
术语“官能团”或“FG”是指分子中负责这些分子的特征化学反应的特定原子组合。虽然相同的官能团将进行相同或相似的化学反应而不管其所组成的分子大小如何，但是其相对反应性可以通过邻近的官能团改变。官能团的原子通过共价键彼此连接并且与分子的其余部分相连。可用于本公开的FG的实例包括但不限于：取代或未取代的烷基，取代或未取代的烯基，取代或未取代的炔基，取代或未取代的芳基，取代或未取代的杂烷基，取代或未取代的杂烯基，取代或未取代的杂炔基，取代或未取代的环烷基，取代或未取代的环烯基，取代或未取代的杂芳基，取代或未取代的杂环，卤素，羟基，酸酐，羰基，羧基，碳酸酯，羧酸酯，醛，卤代甲酰基，酯，过氧氢，过氧，醚，原酸酯，甲酰胺(carboxamide)，胺，亚胺，二酰亚胺，叠氮化物，偶氮，氰酸酯，异氰酸酯，硝酸酯，腈，异腈，亚硝基，硝基，亚硝基氧(nitrosooxy)，吡啶基，巯基，硫化物，二硫化物，亚硫酰基，磺基，硫代氰酸酯，异硫代氰酸酯，甲硫代基(carbonothioyl)，膦基，膦酰基，磷酸酯，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，和As(SH)3。
如在本文中使用，“核”是指存在于金属儿茶酚化物骨架的一个或多个重复单元。这样的金属儿茶酚化物骨架可以包含同质重复核、异质重复核，或者同质核异质核的组合。核包含金属、金属离子和/或含金属的络合物，或者金属、金属离子和/或含金属的络合物与连接部分的簇。在整个公开中各个核描述为式的结构。然而，为清楚起见，省略了金属和/或金属离子与产生于试剂或溶剂的各配体之间的配位键。因此，本领域技术人员应认为，金属和/或金属离子能够并且确实会与这些配体形成配位键，即使这些配位键没有直观地描述在式中。
术语“后骨架反应剂”是指所有已知的直接参与化学反应的物质。后骨架反应剂典型地为外价层电子没有达到最佳数量和/或没有达到最有利能态(由于环应变、键长、低键离解能等因素)的物质、分子或化合物。一些后骨架反应剂的实例包括但不限于：
I-R，Br-R，CR3-Mg-Br，CH2R-Li，CR3，Na-R，和K-R；并且其中每个R独立选自包含下列各项的组：H，磺酸酯，甲苯磺酸酯，叠氮化物，三氟甲磺酸酯，内鎓盐，烷基，芳基，OH，烷氧基，烯烃，炔烃，苯基及上述各项的取代形式，含硫基团(例如，硫代烷氧基，亚硫酰氯)，含硅基团，含氮基团(例如，酰胺和胺)，含氧基团(例如，酮，碳酸酯，醛，酯，醚，和酸酐)，卤素，硝基，腈，硝酸酯，亚硝基，氨基，氰基，脲，含硼基团(例如，硼氢化钠，和儿茶酚硼烷)，含磷基团(例如，三溴化磷)，和含铝基团(例如，氢化锂铝)。
如在本文中使用，与连接到某个原子的另一条线交叉的波形线表示该原子与另一个存在但未在结构中描述的实体共价键合。未与任何线交叉但连接到某个原子的波形线表示该原子通过某种键或某种其他可识别缔合类型与另一个原子相互作用。
由直线和虚线表示的键指示可以为共价单键或备选地共价双键的键。但是在形成共价双键将超过原子的最高价时，所述键将为共价单键。
天然气是重要的燃料气并且作为基本原料广泛地用于石油化学和其他化学加工业中。天然气的组成在不同气田间有很大差异。许多天然气藏含有相对低百分率(少于40％，例如)的烃和高百分率的酸性气体，主要为二氧化碳，但是也有硫化氢、硫化羰、二硫化碳和多种硫醇。需要从边远地点开采的天然气中移除酸性气体，从而提供经调节的或脱硫干天然气用于输送至管道、天然气液体回收、氦回收、转换为液化天然气(LNG)，或用于后续脱氮。CO2在水的存在下是有腐蚀性的，且其能够形成干冰、水合物，并且能导致管道内以及常用于加工天然气的深度冷冻设备的冻结问题。并且，由于对热值没有贡献，CO2只会增加气体输送的成本。
此外，从作为目前人为二氧化碳主要来源的发电厂烟道废气中去除二氧化碳，一般通过将废气激冷或加压完成，或者通过使烟气经过胺水溶液的流化床完成，这两种方法都是昂贵并且低效的。已经开发出基于二氧化碳在氧化物表面的化学吸附或者在多孔硅酸盐、碳和膜中吸附的其他方法作为摄取二氧化碳的手段。然而，为了使有效的吸附介质能够长久地去除二氧化碳，其应当结合两个特征：(i)使二氧化碳的摄取和释放完全可逆的周期性结构，和(ii)可以实现化学官能化和分子水平的微调以获得最优化摄取能力的挠性。
许多用于从气流中回收或去除二氧化碳的方法已经提出并在工业规模实践。这些方法差异很大，但通常包括一些形式的溶剂吸收、在多孔吸附剂上吸附、蒸馏、或通过半透膜扩散。
因为全社会已经变得更加依赖于电气设备，所以对于开发低成本和/或高密度电子元器件存在不断增长的需求。虽然无机材料尤其是硅已成为传统选择，但是仍在研究和开发新材料。研究集中于三种新材料：基于在有机骨架中杂化无机金属/金属离子的材料、金属纳米粒子和有机半导体。
虽然有机半导体比无机半导体更轻并且更加可调，但是他们在导电方面效率较低。然而，由无机和有机成分组成的材料能够同时利用无机成分较低的电阻和有机成分更好的可调性，从而提供优良的可调导体。
超电容器装置典型地包括一对由非导电性多孔分隔体隔开的电极。电极之间的空间用水性或非水性液体电解质填充。提高超电容器能量储存的一个关键途径是优化电极和电解质之间的相互作用。双层超电容器典型地由在极化液层中储存能量的高表面积碳结构组成。固体/液体界面的面积越大，能储存的能量越多。使固体/液体界面的面积最大化的一个关键途径是优化孔尺寸。现在用于双层超电容器中的碳骨架的主要缺点之一是不良的电容。该不良的电容是由碳骨架中的孔太大造成的。
金属有机骨架(MOF)是由通过有机连接经由桥接单元接合的过渡金属离子(或簇)组成的延伸的多孔结构。这些配位单元提供了多种结合强度和方向性。迄今为止，大多数用于延伸结构中的阴离子配位单元是基于羧化物、咪唑化物(imidazolate)、四唑化物(tetrazolate)或吡唑化物(pyrazolate)的。本公开描述了一种三儿茶酚化物的高度共轭的平面连接物即2，3，6，7，10，11-六羟基三苯撑(HHTP)在二维延伸骨架中的成功掺合。这些被称为金属儿茶酚化物(CAT)的新型晶体材料表现出高的热和化学稳定性以及永久孔隙率。
本公开提供了包含由同质或异质连接部分连接的同质金属、同质金属离子、异质金属或异质金属离子的网络的金属儿茶酚化物骨架。
本公开提供了金属儿茶酚化物(CAT)骨架的制备。方案I显示了通过将连接部分的一个或多个连接簇与本文公开的金属离子配位形成一个或多个本公开的核的一般性方案。
方案I
儿茶酚基连接部分1与金属盐的金属离子在溶剂热反应条件下配位得到本公开的核2。
在某一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I通式结构的核的CAT骨架：
M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1-R4中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在另一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1-R4中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在还另一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C19)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C19)环烷基，任选取代的(C1-C19)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、混合环体系和儿茶酚的组的取代的环；其中R1-R4中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I(a)通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1和R4各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在某一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式I(b)通式结构的核的骨架：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式II通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，和R5-R8独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4，和R5-R8中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式II通式结构的核的骨架：
M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，和R5-R8独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，和R5-R8中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式II(a)通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；
R1，R4-R5，和R8各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式II(b)通式结构的核的骨架：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式III通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4-R5，R8-R12独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4-R5，R8-R12中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式III通式结构的核的骨架：
M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4-R5，R8-R12独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4-R5，R8-R12中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式III(a)通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4-R5，R8-R9，和R12各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式III(b)通式结构的核的骨架：
其中，M是金属，金属离子，或含金属的络合物。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式IV通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，和R13-R20独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4，和R13-R20中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在还进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式IV通式结构的核的骨架：
M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，和R13-R20独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，和R13-R20中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式IV(a)通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，R13，R16-R17，和R20各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在某一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式IV(b)通式结构的核的骨架：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
在另一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式V通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，R13，R16-R17，和R20-R50独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，任选取代的(C1-C5)杂炔基，任选取代的(C1-C6)环烷基，任选取代的(C1-C6)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，R13，R16-R17，和R20-R50中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至2个碳原子的烷基。
在另一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式V(a)通式结构的核的骨架：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
在进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式VI通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，和R51-R58各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在另一实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式VI(a)通式结构的核的骨架：
其中M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物；R1，R4，R51，R54-R55，和R58各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在进一步的实施方案中，本公开提供了包含一个或多个具有式VI(b)通式结构的核的骨架：
其中，M各自独立地为金属，金属离子，或含金属的络合物。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含如下通用核结构：
其中，M是通过儿茶酚化物-基连接簇与两个连接部分连接的金属。上述重复核提供了本公开的CAT骨架。
在进一步的实施方案中，CAT骨架包含一个或多个具有如下结构的核：
其中，M是金属，或金属离子；L是辅助的客体分子或阴离子；A1-A8各自独立选自包含下列各项的组：H，(C1-C20)烷基，(C1-C20)环烷基，芳基，(C1-C19)杂烷基，和杂环基团；并且其中多齿官能团可以与A1-A8中的一个或多个共价结合。用于制备本文所述CAT骨架的多齿官能团的实例包括但不限于：儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(R9SH)2，C(R9SH)3，CH(R9NH2)2，C(R9NH2)3，CH(R9OH)2，C(R9OH)3，CH(R9CN)2，和C(R9CN)3，其中R9为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。应当进一步理解的是，具有多齿官能团的配体本身具有相应的抗衡阳离子，如H+，Na+，K+，Mg2 +，Ca2 +，Sr2 +，铵离子，烷基取代的铵离子，和芳基取代的铵离子；或者抗衡阴离子，如F-，Cl-，Br-，I-，ClO-，ClO2 -，ClO3 -，ClO4 -，OH-，NO3 -，NO2 -，SO4 -，SO3 -，PO3 -，CO3 -，PF6 -以及有机抗衡离子如乙酸根CH3CO2 -，三氟甲磺酸根CF3SO3 -。
在一个具体的实施方案中，CAT骨架包含一个或多个具有如下结构的核：
其中，M是金属，或金属离子；L是辅助的客体分子或阴离子；A1-A8包含不干扰M的非空间位阻给电子基团；并且其中多齿官能团可以与A1-A8中的一个或多个共价结合。
在还另一实施方案中，CAT骨架包含一个或多个具有如下结构的核：
其中，M是金属，或金属离子；L是辅助的客体分子或阴离子；A1-A8各自独立选自包含下列各项的组：H，(C1-C20)烷基，(C1-C20)环烷基，芳基，(C1-C19)杂烷基，和杂环基团；其中两个多齿官能团可以与A1-A8中的一个或多个共价结合，并且其中选择至少一个多齿官能团与特定的气体或底物相互作用。
可用于合成本文公开CAT骨架的金属、他们的相关离子或络合物选自包含下列各项的组：：碱金属，碱土金属，过渡金属，镧系金属，锕系金属，准金属，和过渡后金属。金属、金属离子和/或含金属的络合物可以经由与骨架中的一个或多个连接簇形成络合物或者通过简单的离子交换引入本公开的开放CAT骨架。因此，假设能够引入在此公开的任何金属、金属离子和/或含金属的络合物是合理的。此外，在本公开的CAT骨架的合成后，可以将金属/金属离子和/或含金属的络合物通过通常已知的技术交换，和/或可以将另外的金属离子通过与产生于后骨架反应剂的连接簇形成配位化合物添加到本文公开的CAT骨架中。
在具体的实施方案中，可以用于(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)在本文公开的CAT骨架的合成后被交换、和/或(3)通过与一个或多个后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中的一种或多种金属、金属离子和/或含金属的配合物，包括但不限于：碱金属，碱土金属，过渡金属，镧系金属，锕系金属，准金属，和过渡后金属。
在某一实施方案中，可以用于(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)在本文公开的CAT骨架的合成后被交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架的一种或多种金属和/或金属离子包括但不限于Li+，Na+，K+，Rb+，Cs+，Be2+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Sc3+，Sc2+，Sc+，
Y3+，Y2+，Y+，Ti4+，Ti3+，Ti2+，Zr4+，Zr3+，Zr2+，Hf4+，Hf3+，V5+，V4+，V3+，V2+，Nb5+，Nb4+，Nb3 +，Nb2+，Ta5+，Ta4+，Ta3+，Ta2+，Cr6+，Cr5+，Cr4+，Cr3+，Cr2+，Cr+，Cr，Mo6+，Mo5+，Mo4+，Mo3+，Mo2+，Mo+，Mo，W6+，W5+，W4+，W3+，W2+，W+，W，Mn7+，Mn6+，Mn5+，Mn4+，Mn3+，Mn2+，Mn+，Re7+，Re6+，Re5+，Re4+，Re3+，Re2+，Re+，Re，Fe6+，Fe4+，Fe3+，Fe2+，Fe+，Fe，Ru8+，Ru7+，Ru6+，Ru4+，Ru3+，Ru2+，Os8+，Os7+，Os6+，Os5 +，Os4+，Os3+，Os2+，Os+，Os，Co5+，Co4+，Co3+，Co2+，Co+，Rh6+，Rh5+，Rh4+，Rh3+，Rh2+，Rh+，Ir6+，Ir5+，Ir4+，Ir3+，Ir2+，Ir+，Ir，Ni3+，Ni2+，Ni+，Ni，Pd6+，Pd4+，Pd2+，Pd+，Pd，Pt6+，Pt5+，Pt4+，Pt3+，Pt2+，Pt+，Cu4+，Cu3+，Cu2+，Cu+，Ag3+，Ag2+，Ag+，Au5+，Au4+，Au3+，Au2+，Au+，Zn2+，Zn+，Zn，Cd2+，Cd+，Hg4+，Hg2+，Hg+，B3+，B2+，B+，Al3+，Al2+，Al+，Ga3+，Ga2+，Ga+，In3+，In2+，In1+，Tl3+，Tl+，Si4+，Si3+，Si2+，Si+，Ge4+，Ge3+，Ge2+，Ge+，Ge，Sn4+，Sn2+，Pb4+，Pb2+，As5+，As3+，As2+，As+，Sb5+，Sb3+，Bi5+，Bi3+，Te6 +，Te5+，Te4+，Te2+，La3+，La2+，Ce4+，Ce3+，Ce2+，Pr4+，Pr3+，Pr2+，Nd3+，Nd2+，Sm3+，Sm2+，Eu3+，Eu2+，Gd3+，Gd2+，Gd+，Tb4+，Tb3+，Tb2+，Tb+，Db3+，Db2+，Ho3+，Er3+，Tm4+，Tm3+，Tm2+，Yb3+，Yb2+，Lu3+，及他们的任何组合，包括含有以上所列金属或金属离子的任何络合物，以及任何相应的金属盐抗衡阴离子。
在进一步的实施方案中，可以用于(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)在本文公开的CAT骨架的合成后被交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架的一种或多种金属和/或金属离子包括但不限于：Li+，Be2+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Sc3+，Sc2+，Sc+，Y3+，Y2+，Y+，Ti4+Ti3+，Ti2+，Zr4+，Zr3+，Zr2+，Hf4+，Hf3+，V5+，V4+，V3+，V2+，Nb5+，Nb4+，Nb3+，Nb2+，Ta5+，Ta4+，Ta3+，Ta2+，Cr6+，Cr5+，Cr4+，Cr3+，Cr2+，Cr+，Cr，Mo6+，Mo5+，Mo4+，Mo3+，Mo2+，Mo+，Mo，W6+，W5+，W4+，W3+，W2+，W+，W，Mn7+，Mn6+，Mn5+，Mn4+，Mn3+，Mn2+，Mn+，Re7+，Re6+，Re5+，Re4+，Re3+，Re2+，Re+，Re，Fe6+，Fe4+，Fe3+，Fe2+，Fe+，Fe，Ru8+，Ru7+，Ru6+，Ru4+，Ru3+，Ru2+，Os8+，Os7 +，Os6+，Os5+，Os4+，Os3+，Os2+，Os+，Os，Co5+，Co4+，Co3+，Co2+，Co+，Rh6+，Rh5+，Rh4+，Rh3+，Rh2+，Rh+，Ir6+，Ir5+，Ir4+，Ir3+，Ir2+，Ir+，Ir，Ni3+，Ni2+，Ni+，Ni，Pd6+，Pd4+，Pd2+，Pd+，Pd，Ce4+，Ce3+，Ce2+，Pt6+，Pt5+，Pt4+，Pt3+，Pt2+，Pt+，Cu4+，Cu3+，Cu2+，Cu+，Ag3+，Ag2+，Ag+，Au5+，Au4+，Au3+，Au2+，Au+，Zn2+，Zn+，Zn，Cd2+，Cd+，Hg4+，Hg2+，Hg+，B3+，B2+，B+，Al3+，Al2+，Al+，Ga3+，Ga2+，Ga+，In3+，In2+，In1 +，及他们的组合，包括含有以上所列金属或金属离子的任何络合物，以及任何相应的金属盐抗衡阴离子。
在还进一步的实施方案中，可以用于(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后被交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架的一种或多种金属离子包括但不限于：Li+，Mg2+，Ca2+，Ba2+，Zr4+，Zr3+，Zr2+，Cr6+，Cr5+，Cr4+，Cr3+，Cr2+，Cr+，Cr，Mo6+，Mo5+，Mo4+，Mo3+，Mo2+，Mo+，W6+，W5+，W4+，W3+，W2+，W+，V5+，V4+，V3+，V2+，Mn6+，Mn5+，Mn4+，Mn3+，Mn2+，Mn+，Fe6+，Fe4+，Fe3+，Fe2+，Fe+，Fe，Co5+，Co4+，Co3+，Co2+，Co+，Ni3+，Ni2+，Ni+，Ni，Cu4+，Cu3+，Cu2+，Cu+，Zn2+，Zn+，Zn，Pd6+，Pd4+，Pd2+，Pd+，Cd2+，Cd+，Ce4+，Ce3+，Ce2+，及他们的任何组合，包括含有以上所列金属离子的任何络合物，以及任何相应的金属盐抗衡阴离子。
在某一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子包括但不限于：Li+，Mg2+，Ca2+，Ba2+，Zr4+，Zr3+，Zr2+，Mn3+，Mn2+，Mn+，Fe3+，Fe2+，Fe+，Ni3+，Ni2+，Ni+，Ni，Cu4+，Cu3+，Cu2+，Cu+，V5+，V4+，V3+，V2+，Co3+，Co2+，Co+，Zn2 +，Zn+，Ce4+，Ce3+，和Ce2+。
在进一步的实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的的一种或多种金属离子为二价金属离子。
在另一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子是选自包含下列各项的组中的二价金属离子：Be2+，Mg2+，Ca2 +，Sr2+，Ba2+，Sc2+，Y2+，Ti2+，Zr2+，V2+，Nb2+，Ta2+，Cr2+，Mo2+，W2+，Mn2+，Re2+，Fe2+，Ru2+，Os2+，Co2+，Rh2+，Ir2+，Ni2+，Pd2+，Pt2+，Cu2+，Ag2+，Au2+，Zn2+，Cd2+，B2+，Al2+，Ga2+，Si2+，Sn2+，Pb2+，Hg2+，As2+，Te2+，La2+，Ce2+，Pr2+，Sm2+，Gd2+，Nd2+，Db2+，Tb2+，Tm2+和Yb2+。
在另一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子是选自包含下列各项的组中的二价金属离子：Mg2+，Ba2+，Ca2 +，V2+，Cu2+，Ce2+，Zr2+，Ni2+，Co2+，和Zn2+。
在进一步的实施方案中，用于本公开的CAT骨架的合成的金属离子是选自包含下列各项的组中的二价金属离子：
Be2+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Sc2+，Y2+，Ti2+，Zr2+，V2+，Nb2+，Ta2+，Cr2+，Mo2+，W2+，Mn2+，Re2 +，Fe2+，Ru2+，Os2+，Co2+，Rh2+，Ir2+，Ni2+，Pd2+，Pt2+，Cu2+，Ag2+，Au2+，Zn2+，Cd2+，B2+，Al2+，Ga2+，Si2 +，Sn2+，Pb2+，Hg2+，As2+，Te2+，La2+，Ce2+，Pr2+，Sm2+，Gd2+，Nd2+，Db2+，Tb2+，Tm2+和Yb2+。
在还进一步的实施方案中，用于本文公开的CAT骨架的合成的金属离子是选自包含下列各项的组中的金属离子：Li+，Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Zr2+，V2+，Sc2+，Mn2+，Fe2+，Ni2+，Pd2+，Pt2+，Cu2+，Co2+，Ag2+，Hg2+，Pb2+，Zn2+，和Cd2+。
在某一实施方案中，用于本公开的CAT骨架的合成的金属离子是选自包含下列各项的组中的金属离子：Li+，Mg2+，Mn2+，Ba2+，Ca2+，V2+，Cu2+，Ce2+，Zr2+，Ni2+，Co2+，和Zn2+。
可以基于软硬酸碱理论(Hard Soft Acid Base，HSAB)选择连接部分连接簇和/或后骨架反应剂连接簇，以优化连接簇和/或后骨架反应剂与本文公开的金属或金属离子之间的相互作用。在某些情况下，连接簇和/或金属或金属离子选择为硬酸和硬碱，其中连接簇、后骨架反应剂和/或金属或金属离子将具有以下特征：小原子/离子半径，高氧化态，低极化率，硬电负性(碱)，硬碱的最高占据分子轨道(HOMO)能量低，并且硬酸的最低未占据分子轨道(LUMO)的能量高。通常硬碱连接簇含有氧。典型的硬金属和金属离子包括碱金属，和过渡金属，如处于较高氧化态的Fe、Cr和V。在其他情况下，连接簇和/或金属或金属离子选择为软酸和软碱，其中连接簇和/或金属或金属离子将具有以下特征：大原子/离子半径，低或零氧化态，高极化性，低电负性，软碱具有比硬碱更高能量的HOMO，并且软酸具有比硬酸更低能量的LUMO。通常软碱连接簇含有硫、磷和较大的卤化物。在其他情况下，连接簇和/或金属或金属离子选择为边缘酸(borderline acid)和边缘碱。在某些情况下，连接簇和/或金属或金属离子选择为使得他们是硬型和软型，硬型和边缘型，或者边缘型和软型。
在一个实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子，和/或金属或金属离子是HSAB硬金属和/或金属离子。在另一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子是HSAB软金属和/或金属离子。在还另一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子是HSAB边缘型金属和/或金属离子。在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用许多金属和/或金属离子的情况下，则可以存在硬、软和边缘型金属和/或金属离子的任何组合，所述金属和/或金属离子可以用于或附着于本文公开的CAT骨架。
在进一步的实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子具有选自2、4、6和8的配位数。在另一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子具有4或6的配位数。在还另一实施方案中，在(1)本公开的CAT骨架的合成、(2)本文公开的CAT骨架的合成后交换、和/或(3)通过与后骨架反应剂连接簇形成配位化合物添加到本公开的CAT骨架中使用的一种或多种金属离子具有6的配位数。
在进一步的实施方案中，用于本公开的CAT骨架的合成的一种或多种金属和/或金属离子可以与一个或多个连接簇配位，使得配位化合物具有包括但不限于如下的分子几何形状：平面三角形，四面体，平面四方形，三角双锥体，四方单椎体，八面体，三棱柱，五角双锥体，明轮形和四方反棱柱。在进一步的实施方案中，用于本文公开的CAT骨架的合成的金属或金属离子能够形成具有包括但不限于如下分子几何形状的配位化合物：四面体，叶轮形和八面体分子几何形状。在进一步的实施方案中，用于本文公开的CAT合成的金属和/或金属离子能够形成具有八面体分子几何形状的配位化合物。在另一实施方案中，具有八面体几何形状的配位化合物可以作为多种异构体存在，这取决于是否有两种或更多种连接簇配位到金属离子。对于具有三个或更多个不同连接簇的配位化合物，可以产生的这种异构体的实例包括但不限于：顺式(cis)、反式(trans)、面式(fac)、经式(mer)、及它们的任何组合。在还进一步的实施方案中，本文公开的配位化合物可以具有手性。在另一实施方案中，本文公开的配位化合物可以不具有手性。
可以理解，含金属的络合物本身带有相应的抗衡阳离子，如：H+，Na+，K+，Mg2 +，Ca2 +，Sr2 +，铵离子，烷基取代的铵离子，和芳基取代的铵离子；或抗衡阴离子，如：F-，Cl-，Br-，I-，ClO-，ClO2 -，ClO3 -，ClO4 -，OH-，NO3 -，NO2 -，SO4 -，SO3 -，PO3 -，CO3 -，PF6 -和有机抗衡离子，乙酸根CH3CO2 -，三氟甲磺酸根CF3SO3 -。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VII连接部分的核：
R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1-R4中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VII连接部分的核：
其中R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1-R4中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VII连接部分的核：
其中R1-R4独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C19)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C19)环烷基，任选取代的(C1-C19)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、混合环体系和儿茶酚的组中的取代的环；其中R1-R4中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VII(a)连接部分的核：
其中R1和R4各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VII(b)连接部分的核：
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VIII连接部分的核：
其中R1，R4，和R5-R8独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4，和R5-R8中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VIII连接部分的核：
R1，R4，和R5-R8独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，和R5-R8中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VIII(a)连接部分的核：
其中R1，R4-R5，和R8各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式VIII(b)连接部分的核：
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式IX连接部分的核：
其中R1，R4-R5，和R8-R12独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4-R5，和R8-R12中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式IX连接部分的核：
其中R1，R4-R5，和R8-R12独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4-R5，和R8-R12中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式IX(a)连接部分的核：
其中R1，R4-R5，和R8-R9，和R12各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式IX(b)连接部分的核：
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式X连接部分的核：
其中R1，R4，和R13-R20独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4，和R13-R20中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式X连接部分的核：
R1，R4，和R13-R20独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，和R13-R20中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式X(a)连接部分的核：
其中，R1，R4，R13，R16-R17，和R20各自独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C6)烷基，任选取代的(C1-C5)杂烷基，任选取代的(C1-C6)烯基，任选取代的(C1-C5)杂烯基，任选取代的(C1-C6)炔基，和任选取代的(C1-C5)杂炔基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式X(b)连接部分的核：
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式XI连接部分的核：
其中R1，R4，和R51-R58独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的烷基，任选取代的杂烷基，任选取代的烯基，任选取代的杂烯基，任选取代的炔基，任选取代的杂炔基，任选取代的环烷基，任选取代的环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基和混合环体系的组的取代或未取代的环；并且其中R1，R4，和R13-R20中的至少一个包含一个或多个具有齿合度的共价结合的官能团。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式XI连接部分的核：
其中R1，R4，R51，R54-R55，和R58独立选自包含下列各项的组：H，D，任选取代的FG，任选取代的(C1-C20)烷基，任选取代的(C1-C19)杂烷基，任选取代的(C1-C20)烯基，任选取代的(C1-C19)杂烯基，任选取代的(C1-C20)炔基，任选取代的(C1-C19)杂炔基，任选取代的(C1-C20)环烷基，任选取代的(C1-C20)环烯基，任选取代的芳基，任选取代的杂环，任选取代的混合环体系，其中一个或多个相邻的R基团可以连接在一起形成一个或多个选自包含环烷基、环烯基、杂环、芳基、儿茶酚和混合环体系的组的取代的环；其中R1，R4，R51，R54-R55，和R58中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，SO3H，Si(OH)3，Ge(OH)3，Sn(OH)3，Si(SH)4，Ge(SH)4，Sn(SH)4，PO3H，AsO3H，AsO4H，P(SH)3，As(SH)3，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，CH2(X1(OH)2)2，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至5个碳原子的烷基，或者由1至2个苯环组成的芳基。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架包含一个或多个包含一个或多个结构式XI(b)连接部分的核：
本公开的CAT骨架的制备可以在水性或非水性溶剂体系中进行。所述溶剂可以是极性或非极性的，或者他们的组合，视情况而定。反应混合物或悬浮液包含溶剂体系、一种或多种连接部分、以及金属或金属/盐络合物。反应溶液、混合物或悬浮液还可以含有模板剂(templating agent)、催化剂或他们的组合。反应混合物可以在升高的温度下加热或者保持在环境温度，这取决于反应组分。
可用于制备本文公开的CAT骨架的反应中的非水溶剂和/或用于合成后的CAT骨架反应的非水溶剂的实例包括但不限于：基于正烃的溶剂，如戊烷，己烷，十八烷，和十二烷；基于支链烃和环烃的溶剂，如环庚烷，环己烷，甲基环己烷，环己烯，环戊烷；基于芳基和取代的芳基的溶剂，如苯，甲苯，二甲苯，氯苯，硝基苯，氰基苯，萘，和苯胺；基于混合的烃和芳基的溶剂，如混合的己烷，混合的戊烷，石脑油，和石油醚；基于醇的溶剂，如甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，丙二醇，1，3-丙二醇，正丁醇，异丁醇，2-甲基-1-丁醇，叔丁醇，1，4-丁二醇，2-甲基-1-戊醇，和2-戊醇；基于酰胺的溶剂，如二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺(DMF)，甲酰胺，N-甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，和2-吡咯烷酮；基于胺的溶剂，如哌啶，吡咯烷，可力丁，吡啶，吗啉，喹啉，乙醇胺，乙二胺，和二亚乙基三胺；基于酯的溶剂，如乙酸丁酯，乙酸仲丁酯，乙酸叔丁酯，碳酸二乙酯，乙酸乙酯，乙酰乙酸乙酯，乳酸乙酯，碳酸亚乙酯，乙酸己酯，乙酸异丁酯，乙酸异丙酯，乙酸甲酯，乙酸丙酯，和碳酸丙烯酯；基于醚的溶剂，如二叔丁醚，乙醚，二甘醇二甲醚(diglyme)，异丙醚，1，4-二烷，2-甲基四氢呋喃，四氢呋喃(THF)，和四氢吡喃；基于乙二醇醚的溶剂，如2-丁氧基乙醇，二甲氧基乙烷，2-乙氧基乙醇，2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇，和2-甲氧基乙醇；基于卤代的溶剂，如四氯化碳，氯苯，氯仿，1，1-二氯乙烷，1，2-二氯乙烷，1，2-二氯乙烯，二氯甲烷(DCM)，二碘甲烷，表氯醇，六氯丁二烯，六氟-2-丙醇，全氟萘烷，全氟己烷，四溴甲烷，1，1，2，2-四氯乙烷，四氯乙烷，1，3，5-三氯苯，1，1，1-三氯乙烷，1，1，2-三氯乙烷，三氯乙烯，1，2，3-三氯丙烷，三氟乙酸，和2，2，2-三氟乙醇；基于无机的溶剂，如氯化氢，氨，二硫化碳，亚硫酰氯，和三溴化磷；基于酮的溶剂，如丙酮，丁酮，乙基异丙基酮，异佛尔酮，甲基异丁基酮，甲基异丙基酮，和3-戊酮；基于硝基和腈的溶剂，如硝基乙烷，乙腈，和硝基甲烷；基于硫的溶剂，二甲亚砜(DMSO)，二甲砜，环丁砜，异氰基甲烷，噻吩，和硫二甘醇；基于脲、内酯和碳酸酯的溶剂，如1-3-二甲基-3，4，5，6-四氢-2(1H)-嘧啶酮(DMPU)，1-3-二甲基-2-咪唑啉酮，丁内酯，顺式-2，3-亚丁基碳酸酯，反式-2，3-亚丁基碳酸酯，2，3-亚丁基碳酸酯；基于羧酸的溶剂，如甲酸，乙酸，氯乙酸，三氯乙酸，三氟乙酸，丙酸，丁酸，己酸，草酸，和苯甲酸；基于硼和磷的溶剂，如硼酸三乙酯，磷酸三乙酯，硼酸三甲酯，和磷酸三甲酯；含氘溶剂，如氘化丙酮，氘化苯，氘化氯仿，氘化二氯甲烷，氘化DMF，氘化DMSO，氘化乙醇，氘化甲醇，和氘化THF；以及他们任何适当的混合物。
在另一实施方案中，在合成本文公开的CAT骨架中作为溶剂体系使用的水性溶剂的pH小于7。在另一实施方案中，在合成本文公开的CAT骨架中作为溶剂体系使用的溶剂体系的水性溶剂的pH大于7。在另一实施方案中，在合成本文公开的CAT骨架中作为溶剂体系使用的水性溶剂的pH为7或约为7。在还进一步的实施方案中，用于合成本文公开的CAT骨架的溶剂体系包含水。在某一实施方案中，用于合成本文公开的CAT骨架的水性溶剂体系进一步包含偶极无质子溶剂。在进一步的实施方案中，用于合成本文公开的CAT骨架的水性溶剂体系进一步包含1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。
本领域技术人员将容易能够基于起始反应剂确定合适的溶剂或合适的溶剂混合物，和/或确定在何种情况下认为对一种或多种具体溶剂的选择对于获得本公开的材料不是关键的。
模板剂可以用于本公开的方法中。将本公开中采用的模板剂添加到反应混合物中，目的是占据所得的本文公开的CAT骨架中的孔。在本公开的一些变化方案中，空间填充剂、被吸收或被吸附的化学物种以及客体物种会增加本文公开的CAT骨架的表面积。合适的空间填充剂包括，例如，选自包括下列各项的组的成分：(i)烷基胺和他们对应的烷基铵盐，含有直链的、支链的或环状脂族基团，具有1至20个碳原子；(ii)芳基胺和他们对应的芳基铵盐，具有1至5个苯环；(iii)烷基鏻盐，含有直链的、支链的或环状脂族基团，具有1至20个碳原子；(iv)芳基鏻盐，具有1至5个苯环；(v)烷基有机酸和他们对应的盐，含有直链的、支链的或环状脂族基团，具有1至20个碳原子；(vi)芳基有机酸和他们对应的盐，具有1至5个苯环；(vii)脂族醇，含有直链的、支链的或环状脂族基团，具有1至20个碳原子；或(viii)芳基醇，具有1至5个苯环。
在某一实施方案中，将模板剂与本文公开的方法一起使用，并且在其他实施方案中，没有将模板剂与本文公开的方法一起使用。
本公开的CAT骨架的结晶可以通过如下方法进行：将溶液、混合物或悬浮液保持在环境温度或者通过将溶液、混合物或悬浮液保持在升高的温度；将稀释的碱加入溶液；将稀释的碱扩散到整个溶液中；和/或将溶液转移到密闭容器中并加热到预定的温度。
在某一实施方案中，本公开的CAT骨架的结晶可以通过加入促进成核作用的添加剂改善。
在另一实施方案中，将溶液、混合物或悬浮液保持在环境温度以允许结晶。在还另一实施方案中，将溶液、混合物或悬浮液在升高的温度加热以允许结晶。在某一实施方案中，将溶液、混合物或悬浮液在最高至100℃的升高的温度加热以允许结晶。在还进一步的实施方案中，可以通过将骨架在75℃至90℃加热1至72小时实现骨架的结晶。在进一步的实施方案中，可以通过煅烧或者通过在动态真空气氛下加热产生活化的骨架。
可以通过首先利用具有不同官能团的多个连接部分制备本公开的CAT骨架，其中，这些官能团中的至少一个可以在该骨架合成后用不同官能团改性、替换或消除。换言之，至少一个连接部分包含可以与后骨架反应剂合成后反应以进一步提高本文所公开CAT骨架的官能团多样性的官能团。
在合成本公开的CAT骨架后，可以将该CAT骨架通过与一种或多种后骨架反应剂反应进一步改性，所述后骨架反应剂可以具有齿合度，也可以不具有齿合度。在某一实施方案中，所合成的CAT骨架不与后骨架反应剂反应。在另一实施方案中，所合成的CAT骨架与至少一种后骨架反应剂反应。在还另一实施方案中，所合成的CAT骨架与至少两种后骨架反应剂反应。在进一步的实施方案中，所合成的CAT骨架与至少一种将导致增加骨架齿合度的后骨架反应剂反应。
本公开提供了在本文公开的CAT骨架合成后用后骨架改性、替换或消除官能团的化学反应。这些化学反应可以使用一种或多种相似或相异的化学反应机理，这取决于在反应中使用的官能团和/或后骨架反应剂的类型。化学反应的实例包括但不限于：基于自由基的反应、单分子亲核取代(SN1)、双分子亲核取代(SN2)、单分子消除(E1)、双分子消除(E2)、E1cB消除、亲核芳族取代(SnAr)、亲核分子内取代(SNi)、亲核加成、亲电加成、氧化反应、还原反应、环加成反应、环合复分解反应(RCM)、周环反应、电环化反应、重排反应、卡宾反应、卡宾体反应、交叉偶联和降解。
所有以上提及的具有适当反应性官能度的连接部分均可以在骨架合成后通过合适的反应剂进行化学转换，以向孔添加更多的官能度。通过在合成后对骨架内的有机连接进行改性，可以并容易接近之前不能接近或非常难以接近的官能团。
本公开还进一步考虑到，为了提高化学选择性，可能需要保护一个或多个在另一官能团所需化学反应中将产生不利产物的官能团，然后在所需反应结束后使此受保护的基团去保护。采用这样的保护/去保护策略可以用于一个或多个官能团。
可以加入其他试剂来提高本文公开的反应的速率，包括加入催化剂、碱和酸。
在另一实施方案中，后骨架反应剂对本公开的CAT骨架施加至少一种影响，所述影响包括但不限于：调节CAT骨架的气体储存能力；调节CAT骨架的吸着性能；调节CAT骨架的孔尺寸；调节CAT骨架的催化活性；调节CAT骨架的传导性；以及调节CAT骨架对感兴趣的分析物存在的灵敏度。在进一步的实施方案中，后骨架反应剂对本公开的CAT骨架施加至少两种影响，所述影响包括但不限于：调节CAT骨架的气体储存能力；调节CAT骨架的吸着性能；调节CAT骨架的孔尺寸；调节CAT骨架的催化活性；调节CAT骨架的传导性；以及调节CAT骨架对感兴趣的分析物存在的灵敏度。
在一个实施方案中，后骨架反应剂可以是饱和或未饱和的杂环。
在另一实施方案中，后骨架反应剂具有1-20个碳，带有包括原子如N、S和O的官能团。
在还另一实施方案中，选择后骨架反应剂以调节本文公开的CAT骨架的孔的尺寸。
在另一实施方案中，选择后骨架反应剂以提高本文公开的CAT骨架的疏水性。
在还另一实施方案中，选择后骨架反应剂以调节本文公开的CAT骨架的气体分离。在某一实施方案中，后骨架反应剂当螯合金属离子时在本公开的CAT骨架的表面上产生电偶极矩。
在进一步的实施方案中，选择后骨架反应剂以调节本公开的CAT骨架的气体吸着性能。在另一实施方案中，选择后骨架反应剂以促进或增加本文公开的CAT骨架的温室气体吸着。在另一实施方案中，选择后骨架反应剂以促进或增加本公开的CAT骨架的烃气吸着。
在还进一步的实施方案中，选择后骨架反应剂以提高本文公开的CAT骨架的催化效率或向该骨架引入催化效率。
在另一实施方案中，选择后骨架反应剂，使得有机金属络合物能够系留到到本公开的CAT骨架。这种被系留的有机金属络合物可以用作例如多相催化剂。
在本公开的一个实施方案中，提供了包含CAT骨架的气体储存或分离材料。有利地，该CAT骨架包括一个或多个用于储存和/或分离气体分子的部位。可以储存在本公开的气体储存材料中的气体包括具有高电子密度的气体分子，所述高电子密度用于附着到孔或贯穿多孔网络的表面上的一个或多个部位。这样的电子密度包括在所含的两个原子之间具有多个键的分子或者具有孤对电子的分子。这种气体的合适实例包括但不限于包含选自由下列各项组成的组中的组分的气体：氨，氩，二氧化碳，一氧化碳，氢，及其组合。在特别有用的变化方案中，气体储存材料是用于储存氢(H2)的氢储存材料。在另一特别有用的变化方案中，气体储存材料是可以用于从气体混合物中分离二氧化碳的二氧化碳储存材料。
本公开提供了用于使用下述的分离体系从多组分气体中分离一种或多种组分的设备和方法，所述分离体系具有由本公开的CAT骨架隔开的进料侧和出料侧。所述CAT骨架可以构成柱分离形式。
在本公开的实施方案中，提供了包含CAT骨架的气体储存材料。可以通过本公开的方法、组合物和体系储存或分离的气体包括：包含可用于附着于一个或多个部位的电子密度的气体分子。这样的电子密度包括在所含的两个原子之间具有多个键的分子或者具有孤对电子的分子。这种气体的合适实例包括但不限于包含氨，氩，二氧化碳，一氧化碳，氢，及其组合的气体。在特别有用的变化方案中，气体结合材料是可以用于从气体混合物中分离二氧化碳的二氧化碳结合材料。
在一个实施方案中，提供了包含一种或多种本文公开的CAT骨架的气体分离材料。有利地，本文公开的CAT骨架包含一个或多个用于吸着一种或多种选择气体分子、从而从多组分气体中分离出这些气体分子的部位。此外，可以通过一种或多种本文公开的CAT骨架分离的气体包括具有可用于附着于孔或贯穿多孔网络的表面上的一个或多个部位的电子密度的气体分子。这样的电子密度包括在所含的两个原子之间具有多个键的分子或者具有孤对电子的分子。这种气体的合适实例包括但不限于包含氨，氩，二氧化碳，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，硫醇，一氧化碳，氢，及其组合的气体。在具体的实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于从多组分气体混合物中分离一种或多种组分气体。在某一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于从气体混合物中分离一种或多种具有高电子密度的气体。在另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于将一种或多种具有高电子密度的气体与一种或多种具有低电子密度的气体分离开。
在具体的实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架是装置的一部分。在另一实施方案中，气体分离装置包含一种或多种本公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于从多组分气体混合物中分离一种或多种组分气体的气体分离装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在某一实施方案中，用于从气体混合物中分离一种或多种具有高电子密度的气体的气体分离装置包含一种或多种本公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于将一种或多种具有高电子密度的气体与一种或多种低密度气体分离开的气体分离装置包含一种或多种本公开的CAT骨架。
在本公开的具体实施方案中，气体储存材料包含一种或多种本文公开的CAT骨架。可以通过本公开的方法、组合物和体系储存或分离的气体包括：包含可用于附着于一个或多个部位的电子密度的气体分子。这样的电子密度包括在所含的两个原子之间具有多个键的分子或者具有孤对电子的分子。这种气体的合适实例包括但不限于包含氨，氩，硫化氢，二氧化碳，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，硫醇，一氧化碳，氢，及其组合的气体。在特别有用的变化方案中，气体结合材料是可以用于从气体混合物中分离二氧化碳的二氧化碳结合材料。在特别有用的变化方案中，气体储存材料是用于储存氢(H2)的氢储存材料。在另一特别有用的变化方案中，气体储存材料是可以用于从气体混合物中分离二氧化碳的二氧化碳储存材料。
在还进一步的实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于分离和/或储存选自包含下列气体的组的一种或多种气体：一氧化碳，二氧化碳，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，硫醇，一氧化二氮，和臭氧。
在另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于分离和/或储存选自包含下列气体的组的一种或多种气体：一氧化碳，二氧化碳，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，和硫醇。
在还另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于分离和/或储存一氧化碳或二氧化碳。
在某一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于分离和/或储存二氧化碳。
在一个实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于分离和/或储存氢。
在另一实施方案中，气体储存装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于从多组分气体混合物中吸附和/或吸收一种或多种组分气体的气体储存装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在某一实施方案中，用于从气体混合物中吸附和/或吸收一种或多种具有高电子密度的气体的气体储存装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于从一种或多种低密度气体中吸附和/或吸收一种或多种具有高电子密度的气体的气体储存装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。
本公开还提供了使用本文公开的CAT骨架的方法。在某一实施方案中，分离或储存一种或多种气体的方法包括：使一种或多种气体与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。在进一步的实施方案中，从混合的气体混合物分离或储存一种或多种气体的方法包括：使所述气体混合物与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。在还进一步的实施方案中，从混合的气体混合物分离或储存一种或多种高电子密度气体的方法包括：使所述气体混合物与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。在某一实施方案中，从燃料气流分离或储存一种或多种气体的方法包括：使所述燃料气气流与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。在进一步的实施方案中，从天然气气流分离或储存一种或多种酸性气体的方法包括：使所述天然气流与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。在还另一实施方案中，从内燃机废气分离或储存一种或多种气体的方法包括：使所述废气与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。在某一实施方案中，从烟道气分离或储存一种或多种气体的方法包括：使所述烟道气与一种或多种本文公开的CAT骨架接触。
一种或多种本公开的CAT骨架还能够构成气体分离和/或气体储存装置的一部分。这些气体分离和/或气体储存用装置可以用于工业或非工业的目的，或其组合。气体分离和/或气体储存装置的实例包括但不限于净化器，过滤器，洗涤器，变压吸附装置，分子筛，中空纤维膜，陶瓷膜，深冷气体分离装置，和混合气体分离装置。在具体的实施方案中，包含一种或多种本公开CAT骨架的气体分离和/或气体储存装置可以用于纯化燃料气气流，空气，烟道气排放，和/或来自燃机的废物排放。在另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架能够构成被设计来移除和/或储存温室气体的气体分离和/或气体储存装置，所述温室气体为例如二氧化碳、臭氧、一氧化二氮和碳氟化合物。在某一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架能够构成被设计来移除和/或储存环境污染物的气体分离和/或气体储存装置，所述环境污染物为例如甲醛、二异氰酸酯、三氯乙烯和苯。
在某一实施方案中，空气净化装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于从燃料气移除和/或储存致污物的装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在还进一步的实施方案中，用于从烟道气排放移除和/或储存环境有害气体的装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在某一实施方案中，用于从空气移除和/或储存环境有害气体或气态蒸气的装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于移除和/或储存温室气体的装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在还进一步的实施方案中，用于防止一种或多种矿业危险气体积累的装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在还进一步的实施方案中，用于从内燃机排放物移除和/或储存一种或多种气体的装置包含一种或多种本文公开的CAT骨架。
本公开提供了用于从多组分气体中分离一种或多种组分的设备和方法，所述装置和方法使用具有由一种或多种本公开的CAT骨架隔开的进料侧和出料侧的分离体系。CAT骨架可以构成柱分离形式。
“天然气”是指从原油井获得的多组分气体(伴生气)或者从地下含气地层获得的多组分气体(非伴生气)。天然气的组成和压力可以显著变化。典型的天然气气流含有甲烷作为主要成分。天然气还将典型地含有乙烷、较高分子量烃、一种或多种酸性气体(如二氧化碳，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，和硫醇)，以及少量的致污物如水，氮，硫化铁，蜡和原油。
本公开特别适合于含一种或多种致污物如二氧化碳、硫化氢和水蒸气的天然气气流的处理。然而，本公开不限于天然气的处理。本发明的装置和方法可以用于分离多组分气体。
在某一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于从天然气气流分离和/或储存一种或多种气体。在另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于从天然气气流分离和/或储存一种或多种酸性气体。在还另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于从城市煤气流分离和/或储存一种或多种气体。在还另一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于分离和/或储存一种或多种来自生物气流的气体。在某一实施方案中，一种或多种本文公开的CAT骨架可以用于从合成气流分离和/或储存一种或多种气体。
吸着是指导致原子或分子与目标材料结合的过程的通用术语。吸着包括吸附和吸收。吸收是指原子或分子进入多孔材料体的过程，如水被海绵吸收。吸附是指原子或分子从体相(即，固体、液体或气体)转移到固体或液体表面上的过程。术语吸附可以在固体表面与液体和气体接触的场合下使用。已经被吸附到固体表面的分子通常称为被吸附物，并且它们所吸附的表面通常称为基质或吸附剂。吸附经常通过等温线描述，等温线为将吸附剂上被吸附物的量与其压力(如果是气体)或浓度(如果是液体)相关联的函数。通常，脱附是指吸附的逆转，是吸附在表面上的分子转移回体相的过程。
这些材料将作为吸着仪器的标准化合物使用，并且所得结果对于改善多种工业设备(即化学物质的分离或回收)将是有帮助的。
在此实施方案的变化方案中，气体储存部位包括用具有所需尺寸或电荷的基团官能化的CAT骨架中的孔。在一个改进方案中，该活化包括从CAT骨架移除一种或多种化学部分(客体分子)。典型地，这样的客体分子包括诸如水、CAT骨架内所含溶剂分子、和具有附着可用电子密度的其他化学部分等物种。
用于本公开实施方案的CAT骨架包括许多用于气体吸附的孔。在一个变化方案中，所述许多孔具有单峰的大小分布。在另一变化方案中，所述许多孔具有多峰的(例如，双峰的)大小分布。
本公开还提供了能够检测感兴趣的分析物存在的化学传感器(例如，测阻(resistometric)传感器)。在开发充当哺乳类嗅系统类似物的传感器方面有相当大的兴趣。然而，许多这样的传感器系统容易被污染。本公开的多孔结构提供了限定的相互作用区域，该限定的相互作用区域限制致污物与通过本公开的CAT骨架的多孔结构的传感器材料接触的能力。例如，在传感器体系中使用多种聚合物，包括导电聚合物(例如，聚(苯胺)和聚噻吩)、导电聚合物和非导电聚合物的复合材料以及导电材料和非导电材料的复合材料。在测阻体系中，导线由导电材料分隔，使得电流在导线之间移动并且穿过传感器材料。当结合到分析物时，材料中的电阻改变并因而产生可测信号。使用本公开的CAT骨架，传感器材料周围的区域得到限制，并且充当限制致污物与传感器材料接触的“过滤器”，从而提高传感器特异性。
本公开进一步提供了包含本公开CAT骨架的CAT骨架催化剂。本公开的CAT骨架，作为结晶材料或作为模塑，可以用于有机分子的催化转化。这种类型的反应为，例如：氧化，烯烃的环氧化，例如由丙烯和H2O2制备环氧丙烷；芳族的羟基化，例如由苯酚和H2O2制备氢醌，或者将甲苯转化为甲酚；烷烃到醇、醛和酸的转化；异构化反应，例如环氧化物转化为醛。
本公开进一步提供了包含本公开CAT骨架的CAT骨架可调导体。由于社会对于电子产品永不满足的需求，对于开发低成本和/或高密度电子元器件存在相当大的兴趣。研究集中在将现存无机导体替换为三种新材料：1)有机导体，2)有机/无机杂化导体，和3)金属纳米粒子。虽然有机导体非常“可调”，但是它们具有高的电阻率。有机/无机杂化导体由于缀合的有机骨干而可调的同时，它们还具有较低的电阻率，这归因于其化合物无机部分较好的电子转移和电势。本公开提供了有机/无机杂化导体。具体地，本文公开的CAT化合物含有允许电流在π键体系间传输的高度共轭的儿茶酚化物骨干，以及提供有效电子转移和电势的金属。此外，本公开通过提供制备具有金属、连接部分和多齿官能团的不同组合的材料的机会，允许调节这种CAT化合物的传导性。
在某一实施方案中，一氧化碳检测器包含一种或多种本公开的CAT骨架。在另一实施方案中，可燃气体检测器包含一种或多种本文公开的CAT骨架。在进一步的实施方案中，用于测量车辆排放的装置包含一种或多种本公开的CAT骨架。
本公开还提供了包含本公开金属儿茶酚化物骨架的超电容器装置。超电容器典型地包含一对由非导电多孔分隔体隔开的电极。电极之间的空间用水性或非水性液体电解质填充。提高超电容器能量储存的一个关键途径是优化电极和电解质之间的相互作用。双层超电容器典型地由在极化液层中储存能量的高表面积碳结构组成。固体/液体界面的面积越大，能储存的能量越多。使固体/液体界面的面积最大化的一个关键途径是优化孔尺寸。现在，用于双层超电容器中的碳骨架的主要缺点之一是电容差。该电容差是由碳骨架中的孔太大造成的。本公开实现了通过改变金属或金属离子而允许孔尺寸微调的多孔CAT(碳)骨架。通过能够优化孔尺寸，本公开实现了提高湿碳表面，同时增加体积比电容。
在以下实施例中说明本发明，提供所述实施例作为举例说明而非意为限制。
实施例
本公开说明了CAT的合成、结构和孔隙率，所述CAT中金属Ni、Co、Zn、Zr、Cu、Mn、V、Mg、Ca、Ba和Ce与儿茶酚化物连接在一起形成多孔同网状MOF。贯穿该系列的金属离子的尺寸变化提供了将孔口精确控制到几埃。
本文公开的CAT化合物可以通过将儿茶酚或其衍生物与金属的盐化合来制备。本文公开的CAT化合物的制备可以在水性或非水性体系中进行。溶剂可以是极性或非极性的，视情况而定。溶剂本身可以充当模板剂，或者可以加入含有单齿官能团的其他配体。非水性溶剂的实例包括正烷烃，如戊烷，己烷，苯，甲苯，二甲苯，氯苯，硝基苯，氰基苯，苯胺，萘，石脑油；正醇类如甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，丙酮，1，2，-二氯乙烷，二氯甲烷，氯仿，四氯化碳，四氢呋喃，二甲基甲酰胺，二甲亚砜，N-甲基吡咯烷酮，二甲基乙酰胺，二乙基甲酰胺，噻吩，吡啶，乙醇胺，三乙胺，乙二胺，等等。本领域技术人员将容易能够基于起始反应剂确定合适的溶剂，以及确定对溶剂的选择被认为对于获得本发明的微孔材料不是关键的。结晶步骤通过以下进行：将所述溶液保持在室温或者保留在最高至100℃的等温烘箱中；将稀释的碱加入该溶液以引发结晶；将稀释的碱扩散到该溶液中以引发结晶；和/或将该溶液转移到密闭容器中并且加热至预定温度。
在将金属离子与有机三儿茶酚化物连接物组装在一起的策略的基础上完成了对新型多孔结晶材料的设计与合成。2，3，6，7，10，11-六羟基三苯撑(HHTP)与多种金属离子的溶剂热反应导致新型金属儿茶酚化物(CAT)骨架的形成。合成的CAT骨架表现出高化学稳定性，永久的孔隙率，卓越的导电性，并且展现出有前景的电荷存储性。这些新型材料的发现为探索基于本文公开的新型CAT骨架的未来能源和电力存储设备创造了条件。
方案II提供了制备本公开CAT骨架的示例性方案。
方案II
通过将1当量的HHTP与2当量各自的金属乙酸盐(即Co(OAc)2和Ni(OAc)2)在85℃加热的水性溶液中化合24小时来制备金属儿茶酚化物(CAT)骨架。获得针形晶体，该晶体用水洗涤并用丙酮溶剂交换1个星期。这些晶体的初始尺寸太小以至于无法通过单晶X-射线衍射法测量；然而，通过加入10％的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)稍微改变合成Co-CAT-1的条件，得到了适于X-射线晶体学的较大晶体。基于所得数据，在图1中显示出合成的Co-CAT-1骨架的空间填充模型。
试剂2，3，5，6，10，11-六羟基三苯撑(HHTP)购自于TCI(9211N.HarborgateStreet，Portland，OR97203)。所有的金属盐均购自于Sigma-Aldrich(3050Spruce St.，St.Louis，MO63103)。这些化学品未经进一步纯化而直接使用。
Ni-CAT-1的合成.在20mL小瓶中，将HHTP(7mg)和Ni(OAc)2·4H2O(10mg)的固体混合物悬浮在去离子水(4.0mL)中。将所得混合物超声约2分钟，加盖，并在85℃烘箱中放置12小时，然后取出在环境温度缓慢冷却。将所得深蓝色晶体过滤，用水洗涤三次(3×4mL)，用丙酮洗涤三次(3×4mL)，然后风干。(收率＝60％(基于HHTP))。元素分析[Ni3(C18H6O6)2·6H2O]：计算值：C，46.97；H，2.63；Ni，19.13；实测值：C，41.25；H，2.60；Ni，16.43.FTIR(KBr)：ν(cm-1)1637.3，1474.4，1316.5，1219.8，1000.8，848.1，812.4，695.3。
Co-CAT-1的合成.在4mL小瓶中，将HHTP(7mg)和Co(OAc)2·4H2O(10mg)的固体混合物溶解在1.5ml去离子水中。将小瓶密封并超声30分钟直至固体溶解。向此溶液滴加0.165mL的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。将小瓶剧烈旋转并超声一小段时间，将所得深色溶液在等温烘箱中于85℃加热24h得到深蓝色晶体。将反应混合物取出在环境温度缓慢冷却。将所得晶体用去离子水洗涤(3×3mL)，然后，用丙酮洗涤(3×3mL)。收率：65％，基于HHTP。元素分析[Co3(C18H6O6)2·11H2O]：计算值：C，42.75；H，3.39；Co，17.48；实测值：C，39.53；H，3.33；Co，17.35.FTIR(KBr)：ν(cm-1)1637.3，1474.41306.4，1219.8，1000.8，817.5，690.2，629.1，552.8。
Zn-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含锌盐替代含镍盐。(收率＝60％(基于HHTP))。FTIR(KBr)：ν(cm-1)1637.3，1464.21362.4，1296.2，1219.8，1000.8，868.5，812.4，695.3，639.3，557.9。
Zr-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含锆盐替代含镍盐。(收率＝50％(基于HHTP)。FTIR(KBr)：ν(cm-1)1627.2，1454.01367.5，1301.3，1219.8，990.7，868.5，827.7，644.4，547.7。
Cu-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含铜盐替代含镍盐。(收率＝55％(基于HHTP))。FTIR(KBr)：ν(cm-1)1647.5，1459.11321.6，1224.9，990.7，863.4，822.6，695.3，578.2。
Mn-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含锰盐替代含镍盐。(收率＝20％(基于HHTP))。FTIR(KBr)：ν(cm-1)1622.1，1479.51382.7，1230.0，868.5。
V-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含钒盐替代含镍盐。(收率＝22％(基于HHTP))。FTIR(KBr)：ν(cm-1)1749.4，1632.2，1566.1，1459.11382.7，1265.6，1179.1，985.6，863.4，705.5，644.4，578.2。
Mg-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含镁盐替代含镍盐。(收率＝50％(基于HHTP))。
Ca-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含钙盐替代含镍盐。(收率＝45％(基于HHTP))。
Ba-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含钡盐替代含镍盐。(收率＝42％(基于HHTP))。
Ce-CAT-1的合成.遵循制备Ni-CAT-1的操作但是用含铈盐替代含镍盐。(收率＝30％(基于HHTP))。
溶剂交换操作.将所合成的CAT化合物在水中浸渍1-2天，接着用丙酮溶剂交换1个星期。
热解重量分析(TGA)。CAT骨架的热解重量分析在TA Instruments Q-500系列热解重量分析仪上进行，将样品在连续流动的氮气氛下保持在铂盘中。在所有TGA实验中，样品以5℃min-1的恒定速率加热。
CAT骨架热稳定性通过热解重量分析探测，热解重量分析显示从环境温度至100℃有轻微重量损失，证实了这些化合物的吸湿性。高于100℃，至250℃为止没有观察到重量损失，证实了CAT骨架的高热稳定性。Ni-CAT-1的TGA图显示在图2中。
傅里叶变换红外光谱学.在Nicolate Impact400FT-IR光谱仪上收集FT-IR光谱。将CAT与干燥的溴化钾混合并研磨成固体混合物，然后压成片。从96扫描收集数据。
未反应的起始材料和有机溶剂的成功去除由13C交叉极化/魔角旋转核磁共振和傅里叶变换红外光谱学进一步证实。
粉末X-射线衍射(PXRD)操作.对各CAT化合物的粉末X-射线衍射数据的采集使用反射Bragg-Brentano几何光路的Bruker D8-Discoverθ-2θ衍射仪。使用骑Kα线的平面Mirror来聚焦Cu_Kα辐射；1,600W，40kV，40mA)。0.6mm的发散狭缝用于全部测量。使用配置有Ni单色仪的Vantec线型检测器(Bruker AXS)(6°2θ取样宽度)检测被衍射的辐射。所有样品都经过研磨以确保整体的单分散度，然后通过落下粉末接着用宽刃抹刀将样品表面整平，从而将样品安置到固定在样品架上的零背景石英盘上。通过使用暴露时间为0.4秒/步的从2-50°或2-90°的0.02°2θ步进扫描获得最佳的计数统计。收集的金属-CAT-1络合物的PXRD数据总结在表1中，并且描图显示在指示的图中。
表1-PXRD数据的总结
Ni-CAT和Co-CAT的化学稳定性通过将Co-CAT和Ni-CAT样品在水、甲醇、四氢呋喃和氯仿中悬浮10天进一步检测。对每个样品收集的PXRD图显示出CAT系列的固体样品保持了他们的结晶性(见图15-16)。
电子顺磁光谱学(EPR)。在EMX电子顺磁共振光谱仪上在环境温度下使用配置有标准模腔的Bruker EMX/X带9.776GHz光谱仪进行CAT的EPR研究。所有光谱在室温按照下列设定收集：扫描宽度＝1600G，中心场＝3200G，调制振幅＝4G，微波频率＝9.78GHz，和微波功率＝1mW。将CAT样品转移到EPR管。
抗磁金属Zr(IV)和Zn(II)在环境温度下测试以防止干扰。Zr-CAT-1的EPR图显示在图17中，而Zn-CAT-1的EPR图显示在图18中。
由于脱质子的HHTP具有最高达7个不同的氧化态，因此进行了对HHTP和Co-CAT-1的室温EPR研究，以研究HHTP的氧化态。通过g＝2.017的近似对称信号确认了半醌形式，表明存在有机单价基团(参见图19)。
单晶X-射线衍射分析.Co-CAT-1的X射线结构分析揭示了扩展的多孔层，其中金属由两个儿茶酚化物单元八面体配位并且冠以两个水分子。有趣的是，在层间空间内形成了由与三个金属离子配位的一个HHTP连接体组成的离散三核络合物。
在阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的先进光子源(AdvancedPhoton Source，APS)，使用在NECAT的束线24-ID-C中的同步加速器辐射进行Co-CAT-1的单晶X-射线衍射研究。晶体解析为三方空间群，P-3c1。
有两种独立的、晶体学金属原子都在八面体配位环境中。这些金属原子之一配位到两个相邻的脱质子HHTP配体和两个水分子以完成八面体配位球，导致延伸2D骨架的形成。相反地，第二种金属原子与仅一个HHTP配体和四个水分子配位，产生由Co3HHTP(H2O)12组成的离散络合物。结果，CAT的结构包括两种不同类型的交替叠层。第一层为具有六角形孔的延伸的蜂窝结构(图1B)，并且第二层由上述离散单元(图1C)形成。参与形成这些离散络合物的两个轴向水分子的氢与相邻层中HHTP的氧原子键合。这些伴有π-π相互作用的氢键造成整体结构的变形，导致波纹状的六角形层(图1D)。从而沿c轴产生了六角形孔。这些孔被衬以络合物的配位水分子，形成了高度亲水的孔环境(图1A)。
在考虑到电荷平衡的情况下，脱质子的HHTP当存在于共价延伸的第一类型层中时必须是-3氧化态，表明存在半醌形式的连接体。该氧化态通过对CAT进行的电子顺磁共振(EPR)分析得到确认(图19)。对于离散络合物Co3HHTP(H2O)12，需要HTTP是-6氧化态以补偿各自的电荷。
合成的Ni-CAT-1晶体对于单晶X-射线分析不具备合适的尺寸。然而，采用获自Co-CAT单晶数据(图22)的原子坐标，对使用同步加速器辐射收集的粉末衍射图样进行Ni-CAT-1的Rietveld精修。精修以优异残余值收敛，表明Co-CAT和Ni-CAT具有相同的结构(图14)。表2显示获自单晶X-射线衍射分析的Co-CAT-1的晶体数据和结构精修。
表2
扫描电子显微镜法(SEM)图像.通过将材料分散到附着于平的铝样品架的粘性碳表面上制备CAT样品。直接对样品摄像而不进行任何覆盖。在JOEL JSM-6700扫描电子显微镜上使用SEI和LEI检测器以1kV至15kV范围的加速电压分析样品。Ni-CAT-1的SEM图像提供在图20中，而Zn-CAT-1的SEM图像提供在图21中。
高分辨率透射电子显微镜法观察：在120kV操作配置有CEOS后样本球差校正器(Cs校正器)的JEM-2010F场发射TEM，以进行HRTEM成像。并且，在60kV和30kV操作具有配置有DELTA Cs校正器的冷场发射枪的JEM-2100F，以比较电子束损伤效应。使用安装在上述JEM-2100F上的Gatan GIF Quantum，以STEM模式在60kV进行电子能量损失能谱(EELS)分析。由于MOF材料是电子束敏感的，因此尽量减小对样本的电子束损伤(在本研究中，观察过程中的电子束密度为50至150个电子/(nm2·s))。记录下单张HRTEM图像，其曝光时间为2秒，或者记录下一系列图像(10帧)，每帧曝光时间为0.5秒，并且在漂移补偿后，一些帧可以叠加以提高显示的信噪(SN)比。发现有序结构在30KV下比在60kV或120KV下被破坏得更快。这归因于由辐射性分解造成的辐射损伤；因此，在此情况下120kV的操作电压更适于作为观察条件(图23和24A-B)。
通过使用高分辨透射电子显微术(HR-TEM)阐明了Ni-CAT-1的晶体结构。收集了活化Ni-CAT-1样品的高分辨场发射扫描电子显微术(FE-SEM)图像。该图像显示，Ni-CAT-1具有六角形棒的单一形态，该六角形棒的长度为微米级，而宽度仅为约100nm(图22A)。在120kV处理活化Ni-CAT的低倍HR-TEM图像(图22B)。在此图像中，观察到了均匀蜂窝结构的通道方向(入射电子束垂直于该通道)和通道排列(入射电子束平行于该通道)，并且用箭头标出了一些缺陷。
尽管HR-TEM已经作为确定多孔沸石中表面结构的强有力方法，但这是第一个使用HR-TEM观察结晶MOF的终端结构的实例。能够清楚地观察到活化Ni-CAT-1终端结构的惊人清晰的图像(图22C)。HR-TEM图像与所提出的Ni-CAT-1结构的模拟图像(图22C)也非常一致。然而，尚不清楚如何阐明实际的金属有机分子终端，因为图像是为了具有更好的对比度而以弱聚焦方式拍摄的。使用快速傅里叶变换(FFT)分析处理HR-TEM图像。该处理允许确定晶胞晶格参数为a＝2.02nm(图22D)。此发现与获自使用Co-CAT-1进行的单晶数据分析的值非常一致。在图22E的插图中，FFT图像中所示标记为(001)反射的弧线显示，垂直于孔壁的边缘具有波浪式的特征。这种波浪式特征表明Ni原子在边缘上进出波动。从FFT图像计算得知这些波浪边缘之间的间距为约0.32nm，这非常符合层间距离。沿着(001)方向看进行的HR-TEM图像和模拟图像之间的比较显示在图22E中。在HR-TEM和模拟图像中都用白色圆标记的特征性六个黑点和内部的小圆彼此一致，这进一步证实了提出的结构(图22E)。
通常难以使用扫描透射电子显微术(STEM)来观察MOF，这是因为不得不使用比典型地用于透射电子显微术(TEM)模式中的电子束密度更高的聚焦电子束。通常，当使用STEM模式而非TEM模式时，沸石和中孔径(mesoporous)氧化硅以更快的速率被破坏。引人注目地，已经产生了使用STEM模式拍摄结晶MOF材料图像的第一个实例。在STEM图像中清楚地观察到Ni-CAT-1的蜂窝结构，但是以结构稳定性作为代价：在整个扫描完成后结构坍塌。电子能量损失能谱(EELS)的分析结果显示出可以识别Ni(L-边)和O(K-边)(图22F)。表3显示从HRTEM图像测量的晶面间距(d spacing)，以及基于六角形结构的计算值。数字彼此非常一致。
表3
N2或氩等温曲线.使用Quantachrome Nova或Autosorb获得CAT络合物的N2或氩等温曲线。根据Brunauer-Emmet-Teller(BET)方法计算化合物的表面积。
为了评估CAT的孔隙率和结构稳定性，在87K进行Ar气吸附测量。首先，我们进行活化操作，其中对刚合成的CAT进行溶剂交换，接着在动态真空下在85℃进行孔抽真空，以确保孔中没有任何客体分子。Ni-CAT-1和Co-CAT-1的Ar等温线在低压区(P/P0＜0.1)显示显著的摄取，该观察结果指示微孔特征(图25-26)。Ni和Co-CAT-1的BET(Brunauer-Emmett-Teller)表面积被分别计算为500和540m2.g-1。基于Dubinin-Raduskavich-plot方法估算Co和Ni-CAT的微孔体积分别为0.18和0.20cm3.g-1。所得的通过圆柱形孔模型确定的Ni-CAT-1孔径分布显示在图27中。CAT的多孔结构通过以下方式被进一步证实：通过用非定域密度泛函理论(non-local density functional theory)模型对等温数据进行拟合，以提供中心在的孔径分布，该值与获自晶体结构的孔径相同。Zn-CAT-1的77K N2等温曲线显示在图28中，而Zr-CAT-1的77K N2等温曲线显示在图29中。
导电性测量.为了确定CAT的导电性，将CAT晶体放置为仅晶体的端部与两个电极接触，然后提供电流，并测量电阻。发现Cu-CAT-1的导电性与有机导体的导电性相当。Cu-CAT-1晶体接触并位于两个电极之间的图像显示在图30A中。所得Cu-CAT-1导电性图显示在图30B中。
尽管上文中已经描述了一些实施方案和特征，但是本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本公开的教导或如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，所述实施方案和特征可以进行修改和变化。

Claims (26)

1.一种金属儿茶酚化物骨架，包含含有式IV(a)的重复核：
其中，
M各自独立地为二价金属离子，或含二价金属离子的络合物；
R1，R4，R13，R16-R17，和R20各自独立选自包含下列各项的组：H，D，卤素，羟基，羧基，醛，醚，酯，胺，叠氮化物，氰酸酯，硝基，硫化物，C1-C6烷基，杂-C1-C5烷基，C1-C6烯基，杂-C1-C5烯基，C1-C6炔基，和杂-C1-C5炔基，其中所述C1-C6烯基不包括C1烯基，所述杂-C1-C5烯基不包括杂-C1烯基，所述C1-C6炔基不包括C1炔基，所述杂-C1-C5炔基不包括杂-C1炔基，并且其中杂是指一个或多个碳原子被选自N、O、S、Si、Al、B和P的非碳原子代替作为母链的一部分。
2.权利要求1的金属儿茶酚化物骨架，包含包含式IV(b)的重复核单元:
3.权利要求1的金属儿茶酚化物骨架，包含含有式V的重复核单元：
其中,
R1，R4，R13，R16-R17，和R20-R50独立选自包含下列各项的组：H，D，卤素，羟基，羧基，醛，醚，酯，胺，叠氮化物，氰酸酯，硝基，硫化物，C1-C6烷基，杂-C1-C6烷基，C2-C6烯基，杂-C2-C6烯基，C2-C6炔基，和杂-C2-C6炔基，其中所述C1-C6烯基不包括C1烯基，所述杂-C1-C5烯基不包括杂-C1烯基，所述C1-C6炔基不包括C1炔基，所述杂-C1-C5炔基不包括杂-C1炔基，并且其中杂是指一个或多个碳原子被选自N、O、S、Si、Al、B和P的非碳原子代替作为母链的一部分；
其中R1，R4，R13，R16-R17，和R20-R50中的至少一个包含共价结合的羟基，儿茶酚，三唑，CO2H，CS2H，NO2，CH(SH)2，C(SH)3，CH(NH2)2，C(NH2)3，CH(OH)2，C(OH)3，CH(CN)2，C(CN)3，CH(X1SH)2，C(X1SH)3，CH(X1NH2)2，C(X1NH2)3，CH2(X1OH)2，C(X1OH)3，C(X1(OH)2)3，CH(X1CN)2，和C(X1CN)3；并且X1为具有1至2个碳原子的烷基。
4.权利要求3的金属儿茶酚化物骨架，包含含有式V(a)的重复核单元：
5.前述权利要求任一项的金属儿茶酚化物骨架，其中所述二价金属离子各自独立选自由下列各项组成的组：Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Sc2+、Y2+、Ti2+、Zr2+、V2+、Nb2+、Ta2+、Cr2+、Mo2 +、W2+、Mn2+、Re2+、Fe2+、Ru2+、Os2+、Co2+、Rh2+、Ir2+、Ni2+、Pd2+、Pt2+、Cu2+、Ag2+、Au2+、Zn2+、Cd2+、B2 +、Al2+、Ga2+、Sn2+、Pb2+、Hg2+、As2+、Te2+、La2+、Ce2+、Pr2+、Sm2+、Gd2+、Nd2+、Db2+、Tb2+、Tm2+和Yb2+。
6.权利要求5的金属儿茶酚化物骨架，其中所述金属离子是Ni2+或Co2+。
7.权利要求1的金属儿茶酚化物骨架，其中所述骨架的孔通过基本上不含任何客体分子而被活化。
8.权利要求1的金属儿茶酚化物骨架，其中所述金属儿茶酚化物骨架与一种或多种后骨架反应剂反应。
9.权利要求8的金属儿茶酚化物骨架，其中一种或多种后骨架反应剂向所述金属儿茶酚化物骨架施加至少一种影响，所述影响选自由下列各项组成的组：
调节所述金属儿茶酚化物骨架的气体储存能力；
调节所述金属儿茶酚化物骨架的吸着性能；
调节所述金属儿茶酚化物骨架的孔尺寸；
调节所述金属儿茶酚化物骨架的的催化活性；
调节所述金属儿茶酚化物骨架的的传导性；和
调节所述金属儿茶酚化物骨架的对感兴趣的分析物存在的灵敏度。
10.权利要求1的金属儿茶酚化物骨架，还包含一种或多种被吸收或被吸附的化学物种。
11.权利要求10的金属儿茶酚化物骨架，其中所述被吸附或被吸收的化学物种选自由下列各项组成的组：C1-C25有机分子，无机分子，及它们的组合。
12.权利要求10的金属儿茶酚化物骨架，其中所述被吸附或被吸收的化学物种是气体。
13.权利要求10的金属儿茶酚化物骨架，其中所述被吸附或被吸收的化学物种选自由下列各项组成的组：氩，氨，二氧化碳，一氧化碳，氢，胺，氧，臭氧，氮，一氧化二氮，有机染料，多环有机分子，硫化氢，硫化羰，二硫化碳，硫醇，烃，甲醛，二异氰酸酯，三氯乙烯，碳氟化合物，及它们的组合。
14.一种从混合的气体混合物分离或储存一种或多种气体的方法，所述方法包括使所述气体混合物与权利要求1的金属儿茶酚化物骨架接触。
15.权利要求14的方法，其中所述分离和储存的一种或多种气体是高电子密度气体。
16.一种从燃料气气流分离或储存一种或多种气体的方法，所述方法包括使所述燃料气气流与权利要求1的金属儿茶酚化物骨架接触。
17.权利要求16的方法，其中所述一种或多种气体是来自天然气气流的一种或多种酸性气体。
18.一种从内燃机废气分离或储存一种或多种气体的方法，所述方法包括使所述废气与权利要求1的金属儿茶酚化物骨架接触。
19.一种从烟道气分离或储存一种或多种气体的方法，所述方法包括使所述烟道气与权利要求1的金属儿茶酚化物骨架接触。
20.一种包含权利要求1的金属儿茶酚化物骨架的装置。
21.权利要求20的装置，其中所述装置是气体储存或气体分离装置。
22.权利要求21的装置，其中所述气体储存或气体分离装置选自由下列各项组成的组：净化器，过滤器，洗涤器，变压吸附装置，分子筛，中空纤维膜，陶瓷膜，深冷气体分离装置，和混合气体分离装置。
23.一种包含权利要求1的金属儿茶酚化物骨架的可调导体。
24.一种包含权利要求1的金属儿茶酚化物骨架的超电容器装置。
25.一种包含权利要求1的金属儿茶酚化物骨架的催化剂。
26.一种包含权利要求1的金属儿茶酚化物骨架的化学传感器。
CN201280016228.9A 2011-02-04 2012-02-01 金属儿茶酚化物骨架的制备 Active CN103459404B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161439748P 2011-02-04 2011-02-04
US61/439,748 2011-02-04
PCT/US2012/023516 WO2012106451A2 (en) 2011-02-04 2012-02-01 Preparation of metal-catecholate frameworks

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103459404A CN103459404A (zh) 2013-12-18
CN103459404B true CN103459404B (zh) 2016-08-31

Family

ID=46603290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280016228.9A Active CN103459404B (zh) 2011-02-04 2012-02-01 金属儿茶酚化物骨架的制备

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8742152B2 (zh)
EP (1) EP2670761A4 (zh)
JP (1) JP2014507431A (zh)
KR (1) KR20140041445A (zh)
CN (1) CN103459404B (zh)
BR (1) BR112013019565A2 (zh)
CA (1) CA2825197A1 (zh)
MX (1) MX2013008905A (zh)
RU (1) RU2013140772A (zh)
WO (1) WO2012106451A2 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8916722B2 (en) 2009-06-19 2014-12-23 The Regents Of The University Of California Complex mixed ligand open framework materials
US8876953B2 (en) 2009-06-19 2014-11-04 The Regents Of The University Of California Carbon dioxide capture and storage using open frameworks
JP5648054B2 (ja) 2009-07-27 2015-01-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 高効率不均一系触媒として多孔性銅金属−有機骨格を用いるアリールボロン酸の酸化的ホモカップリング反応
US8841471B2 (en) 2009-09-25 2014-09-23 The Regents Of The University Of California Open metal organic frameworks with exceptional surface area and high gas storage capacity
BR112013001263A2 (pt) 2010-07-20 2016-05-17 Basf Se método para substituir pelo menos um átomo de uma molécula orgânica por outro átomo ou grupo de átomos, e, catalisador.
US9269473B2 (en) 2010-09-27 2016-02-23 The Regents Of The University Of California Conductive open frameworks
US20120145638A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Albrecht-Schmitt Thomas E Method and composition of a supertetrahedral cationic framework for ion exchange
MX2013008390A (es) 2011-01-21 2013-08-12 Univ California Preparacion de estructuras de metal-triazolato.
MX2013008905A (es) 2011-02-04 2014-03-31 Univ California Preparacion de estructuras de metal-catecolato.
WO2013112212A2 (en) 2011-10-13 2013-08-01 The Regents Of The University Of California Metal-organic frameworks with exceptionally large pore aperatures
US10035127B2 (en) 2013-11-04 2018-07-31 The Regents Of The University Of California Metal-organic frameworks with a high density of highly charged exposed metal cation sites
US10287304B2 (en) 2014-02-19 2019-05-14 The Regents Of The University Of California Acid, solvent, and thermal resistant metal-organic frameworks
WO2015142944A2 (en) 2014-03-18 2015-09-24 The Regents Of The University Of California Mesoscopic materials comprised of ordered superlattices of microporous metal-organic frameworks
US10087205B2 (en) 2014-03-28 2018-10-02 The Regents Of The University Of California Metal organic frameworks comprising a plurality of SBUS with different metal ions and/or a plurality of organic linking ligands with different functional groups
US10118877B2 (en) 2014-12-03 2018-11-06 The Regents Of The University Of California Metal-organic frameworks for aromatic hydrocarbon separations
US10058855B2 (en) 2015-05-14 2018-08-28 The Regents Of The University Of California Redox-active metal-organic frameworks for the catalytic oxidation of hydrocarbons
KR20180088422A (ko) 2015-11-27 2018-08-03 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 직조된 공유결합성 유기 골격체
WO2017091779A1 (en) 2015-11-27 2017-06-01 The Regents Of The University Of California Zeolitic imidazolate frameworks
US11111339B2 (en) 2015-12-04 2021-09-07 Momentive Performance Materials Inc. Polyacrylate salt, methods of preparation and applications for employing the same
WO2017184991A1 (en) 2016-04-22 2017-10-26 The Regents Of The University Of California Post-synthetically modified metal-organic frameworks for selective binding of heavy metal ions in water
JP2018002623A (ja) * 2016-06-29 2018-01-11 国立大学法人 東京大学 二次元金属錯体
US11596877B2 (en) 2017-08-10 2023-03-07 Trustees Of Dartmouth College Porous scaffolds for electrochemically-controlled reversible capture and release of alkenes
JP6974731B2 (ja) * 2018-03-26 2021-12-01 富士通株式会社 化合物、吸着剤及びその製造方法、二酸化炭素還元用電極、並びに二酸化炭素還元装置
CN110021483B (zh) * 2019-04-09 2020-11-17 南京邮电大学 一种π-d共轭Cu-MOF柔性透明电极的制备方法与储能应用
CN115350600B (zh) * 2022-08-18 2023-08-04 同济大学 聚乙烯亚胺@Co-CAT-1/氧化石墨烯复合分离膜及其制备方法和应用
CN115448400B (zh) * 2022-08-26 2024-04-09 南京林业大学 一种负载金属有机骨架的木基蒸发器的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101432070A (zh) * 2006-02-28 2009-05-13 密歇根大学董事会 官能化沸石骨架的制备
WO2009149381A2 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 The Regents Of University Of California Chemical framework compositions and methods of use
CN101641152A (zh) * 2007-01-24 2010-02-03 加利福尼亚大学董事会 结晶的3d-和2d-共价有机构架
WO2010148276A2 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 The Regents Of The University Of California Carbon dioxide capture and storage using open frameworks

Family Cites Families (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2684967A (en) 1953-03-19 1954-07-27 Union Oil Co Process for manufacture of olefin oxides
US4532225A (en) 1983-02-11 1985-07-30 Mobil Oil Corporation Preparation of metal-containing zeolite catalysts of increased stability and activity
US5160500A (en) 1985-10-21 1992-11-03 Mobil Oil Corporation Zeolite synthesis using an alcohol or like molecules
EP0318099A3 (en) 1987-11-25 1989-11-15 Union Carbide Corporation Monoalkylene glycol production using mixed metal framework compositions
DE102004009956A1 (de) 2004-03-01 2005-09-29 Eurofilters N.V. Adsorbens für Staubsammelfilter, Staubsammelfilter und Verfahren zur Geruchsadsorption
US5208335A (en) 1991-03-19 1993-05-04 Air Products And Chemicals, Inc. Reversible oxygen sorbent compositions
US5733505A (en) 1995-03-14 1998-03-31 Goldstein; Mark K. Non-regenerating carbon monoxide sensor
US5648508A (en) 1995-11-22 1997-07-15 Nalco Chemical Company Crystalline metal-organic microporous materials
JPH10120914A (ja) * 1996-10-18 1998-05-12 Mitsubishi Chem Corp イオン導電性固体高分子電解質及びその製造方法
WO2001048137A1 (en) 1999-12-23 2001-07-05 Unilever N.V. Bleaching composition
US6501000B1 (en) 2000-04-04 2002-12-31 Exxonmobil Research And Engineering Company Late transition metal catalyst complexes and oligomers therefrom
CA2446020A1 (en) 2001-04-30 2002-11-07 The Regents Of The University Of Michigan Isoreticular metal-organic frameworks, process for forming the same, and systematic design of pore size and functionality therein, with application for gas storage
US20030078311A1 (en) 2001-10-19 2003-04-24 Ulrich Muller Process for the alkoxylation of organic compounds in the presence of novel framework materials
US6929679B2 (en) 2002-02-01 2005-08-16 Basf Aktiengesellschaft Method of storing, uptaking, releasing of gases by novel framework materials
US6624318B1 (en) 2002-05-30 2003-09-23 Basf Aktiengesellschaft Process for the epoxidation of an organic compound with oxygen or an oxygen-delivering compounds using catalysts containing metal-organic frame-work materials
US6893564B2 (en) 2002-05-30 2005-05-17 Basf Aktiengesellschaft Shaped bodies containing metal-organic frameworks
US7008607B2 (en) 2002-10-25 2006-03-07 Basf Aktiengesellschaft Process for preparing hydrogen peroxide from the elements
US6617467B1 (en) 2002-10-25 2003-09-09 Basf Aktiengesellschaft Process for producing polyalkylene carbonates
US7357836B2 (en) 2003-03-06 2008-04-15 University Of Massachusetts Crystalline membranes
KR101278432B1 (ko) 2003-05-09 2013-07-04 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 미시간 결정들에서 우수한 수준의 표면적과 다공성의 성취를 위한 방법의 이행
US7309380B2 (en) 2003-06-30 2007-12-18 Basf Aktiengesellschaft Gas storage system
US20050004404A1 (en) 2003-07-03 2005-01-06 Basf Akiengesellschaft Process for the alkoxylation of monools in the presence of metallo-organic framework materials
US20050124819A1 (en) 2003-12-05 2005-06-09 The Regents Of The University Of Michigan Metal-organic polyhedra
US7411081B2 (en) 2004-01-13 2008-08-12 Basf Aktiengesellschaft Process for preparing and organometallic framework material
JP5160893B2 (ja) 2004-10-22 2013-03-13 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミシガン 共有結合性有機骨格及び多面体
US7524444B2 (en) 2004-11-09 2009-04-28 Basf Aktiengesellschaft Shaped bodies containing metal-organic frameworks
DE102004061238A1 (de) 2004-12-20 2006-06-22 Basf Ag Adsorptive Anreicherung von Methan in Methan-haltigen Gasgemischen
DE102005000938A1 (de) 2005-01-07 2006-07-20 Basf Ag Adsorptive Gewinnung von Xenon aus Krypton-Xenon Gasgemischten
US7343747B2 (en) 2005-02-23 2008-03-18 Basf Aktiengesellschaft Metal-organic framework materials for gaseous hydrocarbon storage
CN101151091B (zh) * 2005-04-07 2010-06-23 密歇根大学董事会 具有敞开的金属部位的微孔金属有机构架中的气体高吸附
WO2006116340A1 (en) 2005-04-22 2006-11-02 University Of South Florida Zeolite-like metal organic frameworks (zmofs): modular approach to the synthesis of organic-inorganic hybrid porous materials having a zeolite like topology
US7763767B2 (en) 2005-05-04 2010-07-27 Exxonmobil Chemicals Patents Inc. Adsorption process with on-line adsorbent removal
DE102005023856A1 (de) 2005-05-24 2006-11-30 Basf Ag Verfahren zur Herstellung poröser metall-organischer Gerüstmaterialien
US7799120B2 (en) 2005-09-26 2010-09-21 The Regents Of The University Of Michigan Metal-organic frameworks with exceptionally high capacity for storage of carbon dioxide at room-temperature
DE102005054523A1 (de) 2005-11-14 2007-05-16 Basf Ag Poröses metallorganisches Gerüstmaterial enthaltend ein weiteres Polymer
CA2633676C (en) 2005-12-21 2014-07-29 Uop Llc The use of mofs in pressure swing adsorption
US20070248575A1 (en) 2006-04-19 2007-10-25 Jerome Connor Bone graft composition
US7637983B1 (en) * 2006-06-30 2009-12-29 Uop Llc Metal organic framework—polymer mixed matrix membranes
US7687432B2 (en) 2007-02-02 2010-03-30 Miami University Mesh-adjustable molecular sieve
US8540802B2 (en) 2007-05-11 2013-09-24 The Regents Of The University Of California Adsorptive gas separation of multi-component gases
TW200914115A (en) 2007-05-14 2009-04-01 Shell Int Research Process for producing purified natural gas from natural gas comprising water and carbon dioxide
WO2009020745A2 (en) 2007-07-17 2009-02-12 The Regents Of The University Of California Preparation of functionalized zeolitic frameworks
ES2713194T3 (es) 2007-09-25 2019-05-20 Univ California Entramados organometálicos comestibles y biocompatibles
DE202008000810U1 (de) 2007-11-04 2008-12-24 BLüCHER GMBH Sorptionsfiltermaterial
KR101257545B1 (ko) 2008-11-17 2013-04-23 주식회사 인실리코텍 유기 골격 구조체
US20110277767A1 (en) 2008-12-18 2011-11-17 The Regents Of The University Of California Metal organic frameworks (mofs) for air purification
US9512145B2 (en) 2008-12-18 2016-12-06 The Regents Of The University Of California Porous reactive framework
US8480955B2 (en) 2008-12-29 2013-07-09 The Regents Of The University Of California Gas sensor incorporating a porous framework
US8674128B2 (en) 2009-01-15 2014-03-18 The Regents Of The University Of California Conductive organometallic framework
WO2010088629A1 (en) 2009-02-02 2010-08-05 The Regents Of The University Of California Reversible ethylene oxide capture in porous frameworks
CN102574886A (zh) 2009-06-19 2012-07-11 加利福尼亚大学董事会 有机金属骨架和其制造方法
US8916722B2 (en) 2009-06-19 2014-12-23 The Regents Of The University Of California Complex mixed ligand open framework materials
JP5648054B2 (ja) 2009-07-27 2015-01-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 高効率不均一系触媒として多孔性銅金属−有機骨格を用いるアリールボロン酸の酸化的ホモカップリング反応
US8841471B2 (en) 2009-09-25 2014-09-23 The Regents Of The University Of California Open metal organic frameworks with exceptional surface area and high gas storage capacity
WO2011146155A2 (en) 2010-02-12 2011-11-24 The Regents Of The University Of California Organo-metallic frameworks derived from carbenophilic metals and method of making same
BR112013001263A2 (pt) 2010-07-20 2016-05-17 Basf Se método para substituir pelo menos um átomo de uma molécula orgânica por outro átomo ou grupo de átomos, e, catalisador.
US9269473B2 (en) 2010-09-27 2016-02-23 The Regents Of The University Of California Conductive open frameworks
MX2013008390A (es) 2011-01-21 2013-08-12 Univ California Preparacion de estructuras de metal-triazolato.
MX2013008905A (es) 2011-02-04 2014-03-31 Univ California Preparacion de estructuras de metal-catecolato.
DE102011010818A1 (de) * 2011-02-10 2012-08-16 Clariant International Ltd. Verwendung von Übergangsmetallkomplexen als Bleichkatalysatoren in Wasch- und Reinigungsmitteln

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101432070A (zh) * 2006-02-28 2009-05-13 密歇根大学董事会 官能化沸石骨架的制备
CN101641152A (zh) * 2007-01-24 2010-02-03 加利福尼亚大学董事会 结晶的3d-和2d-共价有机构架
WO2009149381A2 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 The Regents Of University Of California Chemical framework compositions and methods of use
WO2010148276A2 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 The Regents Of The University Of California Carbon dioxide capture and storage using open frameworks

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
orous, Crystalline, Covalent Organic Frameworks;Adrien P. Cote等;《Science》;20051128;第310卷;第1166-1170页 *
Trinuclear ruthenium dioxolene complexes based on the bridging ligand hexahydroxytriphenylene:electrochemistry, spectroscopy, and near-infrared electrochromic behaviourassociated with a reversible seven-membered redox chain;Christopher S. Grange等;《Dalton Transactions》;20091020;第39卷;第200-211页 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012106451A3 (en) 2012-12-06
EP2670761A4 (en) 2016-05-25
CN103459404A (zh) 2013-12-18
US8742152B2 (en) 2014-06-03
BR112013019565A2 (pt) 2018-07-10
KR20140041445A (ko) 2014-04-04
EP2670761A2 (en) 2013-12-11
US20120215015A1 (en) 2012-08-23
WO2012106451A2 (en) 2012-08-09
CA2825197A1 (en) 2012-08-09
JP2014507431A (ja) 2014-03-27
MX2013008905A (es) 2014-03-31
RU2013140772A (ru) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103459404B (zh) 金属儿茶酚化物骨架的制备
Choi et al. Benzene‐templated hydrothermal synthesis of metal–organic frameworks with selective sorption properties
Amini et al. A porous multifunctional and magnetic layered graphene oxide/3D mesoporous MOF nanocomposite for rapid adsorption of uranium (VI) from aqueous solutions
Demessence et al. Selective Gas adsorption in the flexible metal–organic frameworks Cu (BDTri) L (L= DMF, DEF)
US8852320B2 (en) Preparation of metal-triazolate frameworks
Butova et al. Zn/Co ZIF family: MW synthesis, characterization and stability upon halogen sorption
Yan et al. Designed Synthesis of Functionalized Two‐Dimensional Metal–Organic Frameworks with Preferential CO2 Capture
Schneemann et al. Targeted manipulation of metal–organic frameworks to direct sorption properties
Vismara et al. Tuning carbon dioxide adsorption affinity of zinc (II) MOFs by mixing bis (pyrazolate) ligands with N-containing tags
Chen et al. Significantly enhanced CO2/CH4 separation selectivity within a 3D prototype metal–organic framework functionalized with OH groups on pore surfaces at room temperature
Dolbecq et al. Hybrid 2D and 3D Frameworks Based on ϵ‐Keggin Polyoxometallates: Experiment and Simulation
Venkatesh et al. Evolution of an Adenine–Copper Cluster to a Highly Porous Cuboidal Framework: Solution‐Phase Ripening and Gas‐Adsorption Properties
Mercuri et al. Temperature-dependent nitrous oxide/carbon dioxide preferential adsorption in a thiazolium-functionalized NU-1000 metal–organic framework
Huang et al. Porous frameworks based on carborane–Ln2 (CO2) 6: architecture influenced by lanthanide contraction and selective CO2 capture
Guo et al. Tunable rare-earth metal− organic frameworks for ultra-high selenite capture
Bicalho et al. Remodelling a shp: transmetalation in a rare-earth cluster-based metal–organic framework
Zelenka et al. Carbon dioxide and hydrogen adsorption study on surface-modified HKUST-1 with diamine/triamine
He et al. A Base‐Resistant ZnII‐Based Metal–Organic Framework: Synthesis, Structure, Postsynthetic Modification, and Gas Adsorption
Benecke et al. A flexible and porous ferrocene‐based gallium MOF with MIL‐53 architecture
Thakuria et al. ZnO Nanoparticles From a Metal‐Organic Framework Containing ZnII Metallacycles
Koupepidou et al. Control over Phase Transformations in a Family of Flexible Double Diamondoid Coordination Networks through Linker Ligand Substitution
Senkovska et al. New Polymorphs of Magnesium‐Based Metal–Organic Frameworks Mg3 (ndc) 3 (ndc= 2, 6‐Naphthalenedicarboxylate)
El‐Gamel Generation of Defect‐Modulated Metal–Organic Frameworks by Fragmented‐Linker Co‐Assembly of CPO‐27 (M) Frameworks
Wang et al. Assembly of ϵ‐Keggin Polyoxometalate from Molecular Crystal to Zeolitic Octahedral Metal Oxide
US10702850B2 (en) Adsorbents with stepped isotherms for gas storage applications

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant