JP2012514530A - ガス吸着物質 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本発明はガス分子を吸着する物質に関する。本発明は特に機能性フラーレンまたはフラーリドを注入した金属有機構造体を含むガス吸着物質に関し、この物質はガス貯蔵およびガス分離に主な用途を有する。
本発明に対する背景についての以下の論議は、本発明の理解を容易にすることを目的とする。しかし、この論議は、参照している任意の材料が本出願の優先日において発表され、知られ、または共通の一般的な知識の一部であったという承認または自認でないことを理解されたい。
本発明者は、ガス吸着熱および金属有機構造体(MOF)によって吸着されるガスの体積の両方におけるかなりの増加が、MOFを機能性フラーレンまたはフラーリドで充満させることによって達成されうることを発見した。フラーレンは、水素貯蔵物質の成分として特に魅力的な候補である。フラーレン構造を壊すことなく内部に58に達する水素原子を貯蔵するそれらの能力により、これは7.5wt%の取り込みと同等である。加えて、ある種の金属によるフラーレンの外面の修飾はそれらの表面吸着性能を劇的に高め、遷移金属修飾の場合にはKubas相互作用により8wt%の水素取り込みを生じ、またはLi修飾の場合にはフラーレンあたり60のH2分子に達する。また、フラーレンの疎水性はこれらをメタン貯蔵の魅力的な候補にする。
MOF=金属有機構造体;
C60@MOF=C60を注入した金属有機錯体;および
Mg-C60@MOF=マグネシウム修飾C60を注入した金属有機錯体。
図1は、本発明のガス吸着物質10の第1実施形態の概略図を示す。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1](i)以下を含有する多孔性金属有機構造体:(a)各金属クラスターが1つ以上の金属イオンを含有する、複数の金属クラスター、および(b)隣り合う金属クラスターを結合する複数の荷電した多座結合配位子;ならびに(ii)前記金属有機構造体のポア内に設けられた複数の機能性フラーレンまたはフラーリドを含むガス吸着物質。
[2]前記機能性フラーレンまたはフラーリドはマグネシウム、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウムおよび遷移金属から選択される1種以上の金属で修飾されている[1]のガス吸着物質。
[3]前記機能性フラーレンまたはフラーリドはマグネシウム、アルミニウムおよび/またはリチウム修飾フラーレン、好ましくはマグネシウム修飾フラーレンである[1]または[2]のガス吸着物質。
[4]前記機能性フラーレンはMg-機能化C 60 フラーレンを含む[1]ないし[3]いずれかのガス吸着物質。
[5]前記機能性フラーレンは約1ないし10のMg原子、好ましくは10のMg原子を有するMg-機能化C 60 フラーレンを含む請求項1ないし4いずれかのガス吸着物質。
[6]前記各金属クラスターは2つ以上の金属イオンを含有し、前記複数の多座配位子の各配位子は2つ以上のカルボキシラートを有する[1]ないし[5]のいずれかのガス吸着物質。
[7]前記金属イオンはアクチニド、ランタニドおよびそれらの組み合わせを含むIUPAC元素周期表の1族から16族の金属からなる群より選択される[1]ないし[6]のいずれかのガス吸着物質。
[8]前記金属イオンはLi + ,Na + ,K + ,Rb + ,Be 2+ ,Mg 2+ ,Ca 2+ ,Sr 2+ ,Ba 2+ ,Sc 3+ ,Y 3+ ,Ti 4+ ,Zr 4+ ,Hf 4+ ,V 4+ ,V 3+ ,V 2+ ,Nb 3+ ,Ta 3+ ,Cr 3+ ,Mo 3+ ,W 3+ ,Mn 3+ ,Mn 2+ ,Re 3+ ,Re 2+ ,Fe 3+ ,Fe 2+ ,Ru 3+ ,Ru 2+ ,Os 3+ ,Os 2+ ,Co 3+ ,Co 2+ ,Rh 2+ ,Rh + ,Ir 2+ ,Ir + ,Ni 2+ ,Ni + ,Pd 2+ ,Pd + ,Pt 2+ ,Pt + ,Cu 2+ ,Cu + ,Ag + ,Au + ,Zn 2+ ,Cd 2+ ,Hg 2+ ,B 3+ ,B 5+ ,Al 3+ ,Ga 3+ ,In 3+ ,Tl 3+ ,Si 4+ ,Si 2+ ,Ge 4+ ,Ge 2+ ,Sn 4+ ,Sn 2+ ,Pb 4+ ,Pb 2+ ,As 5+ ,As 3+ ,As + ,Sb 5+ ,Sb 3+ ,Sb + ,Bi 5+ ,Bi 3+ ,Bi + およびそれらの組み合わせからなる群より選択される[1]ないし[7]いずれかのガス吸着物質。
[9]前記金属クラスターは式M m X n を有し、ここでMは金属イオンであり、Xは14族から17族のアニオンからなる群より選択され、mは1から10までの整数であり、nは前記金属クラスターが所定の電荷を有するように前記金属クラスターを電荷バランスさせるために選択される数である[1]ないし[8]のいずれかのガス吸着物質。
[10]XはO 2- ,N 3- およびS 2- からなる群より選択される[9]のガス吸着物質。
[11]MはBe 2+ ,Ti 4+ ,B 3+ ,Mg 2+ ,Ca 2+ ,Sr 2+ ,Ba 2+ ,V 2+ ,V 3+ ,V 4+ ,V 5+ ,Mn 2+ ,Re 2+ ,Fe 2+ ,Fe 3+ ,Ru 3+ ,Ru 2+ ,Os 2+ ,Co 2+ ,Rh 2+ ,Ir 2+ ,Ni 2+ ,Pd 2+ ,Pt 2+ ,Cu 2+ ,Zn 2+ ,Cd 2+ ,Hg 2+ ,Si 2+ ,Ge 2+ ,Sn 2+ およびPb 2+ からなる群より選択される[9]または[10]のガス吸着物質。
[12]MはZn 2+ であり、XはO 2- である[9]ないし[11]のいずれか1つのガス吸着物質。
[13]前記多座結合配位子は芳香環または非芳香環に組み込まれた6以上の原子を有する[1]ないし[12]いずれかのガス吸着物質。
[14]前記多座結合配位子は芳香環または非芳香環に組み込まれた12以上の原子を有する[13]のガス吸着物質。
[15]前記1つ以上の多座結合配位子は段落0023および0024に記載した式1から27を有する配位子からなる群より選択される配位子を含む[1]ないし[14]いずれかのガス吸着物質。
[16]前記多座結合配位子は式3を有する配位子を含む[15]のガス吸着物質。
[17]前記多座結合配位子は式18を有する配位子を含む[15]のガス吸着物質。
[18]前記金属有機構造体はMOF-177,MOF-5またはIRMOF-8を含む[1]ないし[17]いずれかのガス吸着物質。
[19]ガスはメタン、水素、アンモニア、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素およびそれらの組み合わせからなる群より選択される成分を含む[1]ないし[18]いずれかのガス吸着物質。
[20]前記ガスは水素、メタンまたは二酸化炭素のうち1種以上である[19]のガス吸着物質。
[21]前記金属有機構造体は10ないし20Å、好ましくは13ないし21Åのポア半径を有する[1]ないし[20]いずれかのガス吸着物質。
[22]メタンを吸着する場合、前記金属有機構造体は17ないし21Åのポア半径を有する[20]のガス吸着物質。
[23]水素を吸着する場合、前記金属有機構造体は13ないし16Åのポア半径を有する[20]のガス吸着物質。
[24]前記物質をガス貯蔵および/または放出、ガス分離またはガス浄化のうちの少なくとも1つに用いる[1]ないし[23]いずれかのガス吸着物質。
[25]貯蔵キャビティを有するコンテナと;内部に配置されて前記コンテナの少なくとも一部を満たす請求項1ないし24いずれかによるガス貯蔵物質とを含むガス貯蔵システム。
Claims (25)
- (i)以下を含有する多孔性金属有機構造体:
(a)各金属クラスターが1つ以上の金属イオンを含有する、複数の金属クラスター、および
(b)隣り合う金属クラスターを結合する複数の荷電した多座結合配位子;ならびに
(ii)前記金属有機構造体のポア内に設けられた複数の機能性フラーレンまたはフラーリド
を含むガス吸着物質。 - 前記機能性フラーレンまたはフラーリドはマグネシウム、アルミニウム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウムおよび遷移金属から選択される1種以上の金属で修飾されている請求項1のガス吸着物質。
- 前記機能性フラーレンまたはフラーリドはマグネシウム、アルミニウムおよび/またはリチウム修飾フラーレン、好ましくはマグネシウム修飾フラーレンである請求項1または2のガス吸着物質。
- 前記機能性フラーレンはMg-機能化C60フラーレンを含む請求項1ないし3いずれかのガス吸着物質。
- 前記機能性フラーレンは約1ないし10のMg原子、好ましくは10のMg原子を有するMg-機能化C60フラーレンを含む請求項1ないし4いずれかのガス吸着物質。
- 前記各金属クラスターは2つ以上の金属イオンを含有し、前記複数の多座配位子の各配位子は2つ以上のカルボキシラートを有する請求項1ないし5のいずれかのガス吸着物質。
- 前記金属イオンはアクチニド、ランタニドおよびそれらの組み合わせを含むIUPAC元素周期表の1族から16族の金属からなる群より選択される請求項1ないし6のいずれかのガス吸着物質。
- 前記金属イオンはLi+,Na+,K+,Rb+,Be2+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+,Sc3+,Y3+,Ti4+,Zr4+,Hf4+,V4+,V3+,V2+,Nb3+,Ta3+,Cr3+,Mo3+,W3+,Mn3+,Mn2+,Re3+,Re2+,Fe3+,Fe2+,Ru3+,Ru2+,Os3+,Os2+,Co3+,Co2+,Rh2+,Rh+,Ir2+,Ir+,Ni2+,Ni+,Pd2+,Pd+,Pt2+,Pt+,Cu2+,Cu+,Ag+,Au+,Zn2+,Cd2+,Hg2+,B3+,B5+,Al3+,Ga3+,In3+,Tl3+,Si4+,Si2+,Ge4+,Ge2+,Sn4+,Sn2+,Pb4+,Pb2+,As5+,As3+,As+,Sb5+,Sb3+,Sb+,Bi5+,Bi3+,Bi+およびそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項1ないし7いずれかのガス吸着物質。
- 前記金属クラスターは式MmXnを有し、ここでMは金属イオンであり、Xは14族から17族のアニオンからなる群より選択され、mは1から10までの整数であり、nは前記金属クラスターが所定の電荷を有するように前記金属クラスターを電荷バランスさせるために選択される数である請求項1ないし8のいずれかのガス吸着物質。
- XはO2-,N3-およびS2-からなる群より選択される請求項9のガス吸着物質。
- MはBe2+,Ti4+,B3+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+,V2+,V3+,V4+,V5+,Mn2+,Re2+,Fe2+,Fe3+,Ru3+,Ru2+,Os2+,Co2+,Rh2+,Ir2+,Ni2+,Pd2+,Pt2+,Cu2+,Zn2+,Cd2+,Hg2+,Si2+,Ge2+,Sn2+およびPb2+からなる群より選択される請求項9または10のガス吸着物質。
- MはZn2+であり、XはO2-である請求項9ないし11のいずれか1項のガス吸着物質。
- 前記多座結合配位子は芳香環または非芳香環に組み込まれた6以上の原子を有する請求項1ないし12いずれかのガス吸着物質。
- 前記多座結合配位子は芳香環または非芳香環に組み込まれた12以上の原子を有する請求項13のガス吸着物質。
- 前記1つ以上の多座結合配位子は式1から27を有する配位子からなる群より選択される配位子を含む:
請求項1ないし14いずれかのガス吸着物質。 - 前記多座結合配位子は式3を有する配位子を含む請求項15のガス吸着物質。
- 前記多座結合配位子は式18を有する配位子を含む請求項15のガス吸着物質。
- 前記金属有機構造体はMOF-177,MOF-5またはIRMOF-8を含む請求項1ないし17いずれかのガス吸着物質。
- ガスはメタン、水素、アンモニア、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素およびそれらの組み合わせからなる群より選択される成分を含む請求項1ないし18いずれかのガス吸着物質。
- 前記ガスは水素、メタンまたは二酸化炭素のうち1種以上である請求項19のガス吸着物質。
- 前記金属有機構造体は10ないし20Å、好ましくは13ないし21Åのポア半径を有する請求項1ないし20いずれかのガス吸着物質。
- メタンを吸着する場合、前記金属有機構造体は17ないし21Åのポア半径を有する請求項20のガス吸着物質。
- 水素を吸着する場合、前記金属有機構造体は13ないし16Åのポア半径を有する請求項20のガス吸着物質。
- 前記物質をガス貯蔵および/または放出、ガス分離またはガス浄化のうちの少なくとも1つに用いる請求項1ないし23いずれかのガス吸着物質。
- 貯蔵キャビティを有するコンテナと;
内部に配置されて前記コンテナの少なくとも一部を満たす請求項1ないし24いずれかによるガス貯蔵物質と
を含むガス貯蔵システム。
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