[发明专利]多孔结晶材料、其合成和用途

说明书

技术领域

本发明涉及多孔结晶材料，其合成以及其用途。

背景技术

多孔结晶材料的一个已知家族是沸石材料，它们都基于由共角的[TO₄]四面体限定的3维四连接的骨架结构，其中T是任何四面体配位的阳离子。在这个家族中已知的材料中，包括含有[SiO₄]和[AlO₄]共角四面体单元的三维微孔晶体骨架结构的铝硅酸盐、含有[AlO₄]和[PO₄]共角四面体单元的三维微孔晶体骨架结构的铝磷酸盐以及其中骨架结构由[SiO₄]、[AlO₄]和[PO₄]共角四面体单元组成的硅磷酸铝(SAPO)。在该沸石家族的材料中包括超过180种不同的多孔骨架类型，它们中许多都具有作为催化剂和吸附剂的重大商业价值。

最近，多孔材料的一个新家族已经被合成，其基于[M(IM)4]四面体，其中IM是咪唑酯型连接部分和M是过渡金属。这些新的材料通常被称为沸石咪唑酯骨架或ZIF，因为当桥连过渡金属时，由咪唑酯(IM)形成的角度类似于在沸石中的Si-O-Si键的145°角。因此，尽管该研究领域尚处于初级阶段，但已经能够合成大量已知沸石结构的ZIF对应物，以及制造目前为止对于沸石尚未知的多孔骨架类型。对该研究的讨论可以在例如Yaghi教授及其合作者的如下公开出版物中找到：“Exceptional Chemical and Thermal Stability of Zeolitic Imadazolate framworks”，Proceedings of the National Academy of Sciences of U.S.A.，第103卷，2006年，第10186-10191页，“Zeolite A Imidazolate Framworks”，Nature Materials，第6卷，2007年，第501至506页，“High-Throughput Synthesis of Zeolitic Imidazolate Framworks and Application to CO₂ Capture”，Science，第319卷，2008年，第939至943页，“Colossal Cages in Zeolitic Imidazolate Framworks as Selective Carbon Dioxide Reservoirs”，Nature，第453卷，2008年，第207至212页，和“Crystals as Molecules：Postsynthesis Covalent Functionalization of Zeolitic Imidazolate Framworks”，Journal of the American Chemical Society，第130卷，2008年，第12626至12627页。

该针对ZIF结构的大部分工作总结在美国专利申请公开2007/0202038中，此处通过引用并入该专利申请公开的全部内容。特别地，该‘038申请公开了一种沸石骨架，其包含一般结构M-L-M，其中M包括过渡金属，和L是连接部分，该连接部分包括选自I、II、III或其任意组合的结构：