用新型骨架材料储存、摄取和释放气体的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用金属有机骨架材料摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放至少一种气体的方法，该骨架材料包含孔和至少一种金属离子以及至少一种与所述金属离子键联（优选配位键联）的至少双配位的有机化合物，并涉及一种用于实现上述目的、包含所述材料的燃料电池。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用新型骨架材料储存、摄取和释放气体的方法本专利技术涉及包括甲烷和氢气的气体的储存
，尤其涉及燃料电池技术。本专利技术特别涉及使用金属-有机骨架材料摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放至少一种气体的方法，该骨架材料包含孔和至少一种金属离子以及至少一种与所述金属离子键联(优选配位键联)的至少双配位的有机化合物，并涉及一种含以上限定的材料的装置。燃料电池技术被看作是21世纪的核心技术之一，举例来说，涉及固定应用，例如发电厂；移动应用，例如小汽车、公共汽车和卡车；便携式应用，例如蜂窝式电话和手提电脑；以及所谓的辅助动力装置，例如发电厂的电力供应。其原因在于相对于平常的内燃机，燃料电池提高了效率。另外，燃料电池大大减少了排放物。燃料电池技术当前进展的综述可以在Hynek等人的“Int.J.Hydrogen Energy”，22，No.6，pp.601-610(1997)、J.A.Kerres的“Journal of Membrane Science”，185，2001，p.3-27以及G.March在“Materials Today”，4，No.2(2001)，p.20-24中的进一步评论文章中看到。EP-A 0 727 608中公开了金属有机络合物在储存气态C1-C4碳水化合物中的用途。然而，其中所公开的络合物难以合成。另外，即使不至于低到不能工业应用，它们的储存能力也是很低的。提供用于储存气体的材料的另一尝试是掺碱或不掺杂的碳纳米管的使用。关于这种方法研究现状的综述可以在Yang在“Carbon”38(2000)，pp.623-641和Cheng等人在“Science”286，pp.1127-1129的文章中看到。鉴于以上所述的现有技术，可见本专利技术的一个目的在于提供特别适用于储存和/或保留和/或释放气体的新材料。-->实现该目的所采用的、以及本专利技术所涉及的，是摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或摄取、储存和释放至少一种气体的方法，其特征在于通过一种介质来摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或摄取、储存和释放气体，该介质包含一种金属-有机骨架材料，该材料含有孔和至少一种金属离子和至少一种与所述金属离子键联(优选配位键联)的至少双配位的有机化合物。本专利技术还涉及一种容纳本文限定的金属-有机骨架材料的设备，优选燃料电池，用于摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或摄取、储存和释放至少一种气体。本专利技术还涉及一种在固定、移动和移动便携式应用中，优选在发电厂、小汽车、卡车、公共汽车、蜂窝式电话和手提电脑中，用包含金属-有机骨架材料的介质摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放至少一种气体的方法，该金属-有机骨架材料包含孔和至少一种金属离子以及至少一种与所述金属离子键联(优选配位键联)的至少双配位的有机化合物。本专利技术还涉及本文中所述的设备为发电厂、小汽车、卡车、客车、蜂窝式电话和手提电脑提供电力的用途。所述含孔金属-有机骨架材料含有金属离子和至少双配位的有机化合物，所述双配位的有机化合物与金属离子键联，优选配位键联。这样的材料是已知的，并且例如在US 5,648,508、EP-A-0 709 253、J.Sol.StateChem.，152(2000)p.3-20、Nature 402(1999)，p.276 seq.、Topics in Catalysis9(1999)，p.105-111、Science 291(2001)，p.1021-23中有所描述。它们的廉价制备方法是DE 10111230.0的主题。上述文献的内容，此处作为参考，全部结合进本专利技术的内容。金属-有机骨架材料(如本专利技术中所用的)包含孔，特别是微孔和/或中孔，其中按照Pure Applied Chem.45，p.71 seq.尤其是p.79(1976)的定义，分别定义微孔为具有2nm或2nm以下直径的孔，中孔为具有大于2nm-->至50nm范围内直径的孔。微孔和/或中孔的存在，可通过按照DIN66131、66134测定金属-有机骨架材料在77K下摄取氮气的能力的吸附测量进行监测。I-型等温曲线表明存在微孔。在一个优选的实施方式中，按照朗缪尔模型计算的比表面积优选大于5m2/g，更优选大于20m2/g，更加优选大于50m2/g，尤其优选大于500m2/g，并且可以增加大到大于2000m2/g的区域。关于根据本专利技术所采用的骨架材料中的金属组份，尤其要提到的是周期表中Ia、IIa、IIIa、IVa到VIIIa和Ib到VIb族元素的金属离子，其中特别要提到的是Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、As、Sb和Bi，更优选Zn、Cu、Ni、Pd、Pt、Ru、Rh和Co。就这些元素的金属离子而言，尤其要提到的是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+、Al3+、Ga3+、In3+、Tl3+、Si4+、Si2+、Ge4+、Ge2+、Sn4+、Sn2+、Pb4+、Pb2+、As5+、As3+、As+、Sb5+、Sb3+、Sb+和Bi5+、Bi3+、Bi+。关于优选的金属离子及其进一步的细节，我们特别指出EP-A 0 790253，尤其是p.10，1.8-30，“金属离子”部分，这里引入该部分作为参考。关于能与金属离子配位的至少双配位的有机化合物，原则上可以使用适于该目的并满足上述为至少双配位这一要求的所有化合物。有机化合物必须有至少两个能与金属盐的金属离子，特别是与前述族的金属配位的中心。关于至少双配位的有机化合物，特别要提到的是具有以下结构的化合物：i)一个烷基亚结构，具有1至10个碳原子，ii)一个芳基亚结构，具有1至5个苯环，iii)一个烷基或芳基胺亚结构，由具有1至10个碳原子的烷基或具有1-->至5个苯环的芳基组成，所述亚结构键合有至少一种至少双配位的官能团“X”，该官能团与所述化合物的亚结构共价键合，并且其中X选自由CO2H、CS2H、NO2、SO3H、Si(OH)3、Ge(OH)3、Sn(OH)3、Si(SH)4、Ge(SH)4、Sn(SH)3、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以及CH(SH)2、C(SH本文档来自技高网...

【技术保护点】
摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放至少一种气体的方法，其特征在于：通过一种包含金属－有机骨架材料的介质摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放气体，该金属－有机骨架材料包含孔和至少一种金属离子以及至少一种与所述金属离子键联，优选配位键联的至少双配位的有机化合物。

【技术特征摘要】
US 2002-2-1 10/061,1471、摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放至少一种气体的方法，其特征在于：通过一种包含金属-有机骨架材料的介质摄取、或储存、或释放、或摄取和储存、或摄取和释放、或储存和释放、或者摄取、储存和释放气体，该金属-有机骨架材料包含孔和至少一种金属离子以及至少一种与所述金属离子键联，优选配位键联的至少双配位的有机化合物。2、根据权利要求1的方法，其特征在于所述气体包含下列气体中的至少一种：氢气、氮气、稀有气体、CO、CO2，以及生成和/或释放这些气体的化合物。3、根据权利要求1或2的方法，其中所述气体是氢气、含氢的气体混合物、生成或释放氢气的物质、包含至少一种生成和/或释放氢气的物质的气体混合物。4、根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述金属离子是选自元素周期表中第Ia、IIa、IIIa、IVa至VIIIa以及Ib至VIb族元素的离子。5、根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于金属-有机骨架材料与至少一种容量增强剂接触，该容量增强剂选自由溶剂、络合物、金属、金属氢化物、金属合金及其中两种或多种的混合物组成的集合。6、根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于双配位的有机化合物选自取代的或未取代的、可以含一个或多个环的芳香多元羧酸；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：U穆勒尔，K哈特，M赫尔茨勒，M黑塞，L洛贝雷，W哈德，OM亚吉，M埃达欧蒂，
申请(专利权)人：巴斯福股份公司，密执安大学董事会，
类型：发明
国别省市：DE[德国]