[發明專利]一種用于在室溫下高甲烷存儲的具有優化的開放金屬位點以及孔空間的金屬-有機構架

無效

• 申請號: 201280018201.3
• 申請日: 2012-02-15
• 公開（公告）號: CN103619856A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 棓霖·陳;郭智勇
• 申請（專利權）人: 德克薩斯大學系統董事會
• 主分類號: C07F1/08
• 分類號: C07F1/08;C07C9/04;B01J3/03;B01J7/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 謝順星;劉成春

關于聯邦資助的研究或開發的陳述

本發明是在政府支持下以國家科學基金會授予的撥款號CHE0718281進行的。該政府在本發明中擁有某些權利。

發明領域

本披露總體上涉及一種金屬-有機構架，這種金屬-有機構架用于一種或多種氣體的有效存儲。更具體地，本披露總體上涉及用于為優化的甲烷存儲而配制和合成一種金屬-有機構架的系統和方法。

背景技術

對于在將來利用清潔的能源資源（例如氫、甲烷（如天然氣）以及乙炔）來說，實現高容量的氣體存儲材料是必要的。盡管在氣體存儲材料上已經有廣泛的研究，但是到目前為止還沒有制得滿足在室溫和中等的壓力下所需要的存儲容量的可行的儲氫材料。甲烷的穩定性質（相對于乙炔）被認為是最有希望的替代性能源，尤其是對于移動應用。

最近，人們在將金屬-有機構架（MOF）用于存儲氣體方面有興趣，這些氣體對于為不同的系統或裝置（例如車輛）提供燃料是有用的。高度多孔的具有大的孔空間和高的表面積的MOF似乎有利于高的氣體存儲容量。然而，MOF與氣體分子之間的相對弱的相互作用已經將其高的氣體存儲容量僅限制在低溫（例如對于H2來說，77K）和/或高壓（高達100巴(bar)）以便完全使用孔空間。此外，一些極其多孔的MOF的低構架密度還已經限制了其體積氣體存儲容量。對于這類材料在移動應用中的實際實施來說，構架密度是另一個重要的參數。在一些實施例中，用于高體積氣體存儲的理想的MOF材料是具有中等的多孔性的那些，其中由于與氣體分子的強相互作用這些孔空間和功能位點被有效地使用；因此，它們的存儲容量在較高的溫度（例如室溫）和較低的壓力下（例如35巴）可以被最大化。

因此，所需要的是一種MOF，這種MOF有效地并且安全地在室溫下存儲氣體（例如甲烷、天然氣）。

發明內容

本發明的實施例通過提供用于在室溫下存儲氣體的新穎的組合物和方法來解決上述這些問題。本發明的實施例提供對于存儲氣體（尤其對于提供燃料的目的）來說是安全并且有效的獨特的方法和組合物。

在一些實施例中，一種用于在一種金屬-有機構架中存儲氣體的方法可以包括使用一種微孔構架以便優化甲烷存儲密度和體積甲烷存儲量。這種微孔構架可以包括開放的銅位點和通道狀的孔空間。

在一些實施例中，一種金屬-有機構架可以包括一種3,3',3,5,5',5-苯-1,3,5-三基-六苯甲酸鹽（3,3',3,5,5',5-benzene-1,3,5-triyl-hexabenzoate）或其衍生物和一種銅。這種3,3',3,5,5',5-苯-1,3,5-三基-六苯甲酸鹽或其衍生物和這種銅可以彼此配位以便形成一種微孔的構架，這種構架包括開放的銅位點和通道狀的孔空間。

在一些實施例中，一種金屬-有機構架可以是由一種工藝制備的，這種工藝包括使3,3',3,5,5',5-苯-1,3,5-三基-六苯甲酸與一種銅鹽和一種酸在一種極性溶劑中發生反應。這種工藝可以包括允許這種反應在高溫下進行持續至少一天。這種工藝可以包括將這種金屬-有機構架從這種極性溶劑中分離出來。

在一些實施例中，一種制備金屬-有機構架的方法可以包括使3,3',3,5,5',5-苯-1,3,5-三基-六苯甲酸與一種銅鹽和一種酸在一種極性溶劑中發生反應。這種方法可以包括允許這種反應在高溫下進行持續至少一天。這種方法可以包括將這種金屬-有機構架從這種極性溶劑中分離出來。

在一些實施例中，這種極性溶劑可以包括N,N-二甲基甲酰胺。在一些實施例中，這種銅鹽可以包括Cu(NO₃)₂。在一些實施例中，這種銅鹽包括Cu(NO₃)₂·2.5H₂O。在一些實施例中，這種高溫是至少約50℃。在一些實施例中，允許這種反應在高溫下進行持續至少兩天。在一些實施例中，這種方法和/或工藝包括通過將這種有機金屬構架在高真空下加熱至高于100℃持續約一天來活化這種金屬-有機構架。

附圖說明

在以下優選實施例的詳細說明的幫助下并且依據參照附圖，本發明的優點對于本領域普通技術人員可能會變得顯而易見。