高反应性气体的吸附剂辅助稳定化制造技术

将高反应性气体吸附到吸附剂材料上的方法包含将所述高反应性气体吸附到所述吸附剂材料。所述吸收性材料包含至少一个路易斯碱性官能团，或保持所述高反应性气体的单个分子的大小的孔，或惰性部分，所述惰性部分与所述高反应性气体同时，在吸附所述高反应性气体之前或在吸附所述高反应性气体之后提供到所述吸附剂材料，或所述高反应性气体与所述吸附剂材料的部分反应，导致所述吸附剂材料钝化。在对于吸附的高反应性气体和纯气体相等的体积负载和相等的温度下，所述吸附的高反应性气体的分解速率低于所述纯气体的分解速率。

Sorbent assisted stabilization of highly reactive gases

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高反应性气体的吸附剂辅助稳定化
本专利技术涉及高反应性气体的基于吸附的储存，其提供稳定化并降低气体分解和原位杂质产生的速率。举例来说，实施例涉及高反应性气体的稳定化，所述高反应性气体包括砷化氢(AsH3)、膦(PH3)、锑化氢(SbH3)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、卤化物、锗烷、乙锗烷、硅烷、乙硅烷、肼和三氟化氮。
技术介绍
目前，高反应性气体需要以稀释的浓度储存或在低温下储存，以减轻分解、爆炸或爆燃。稀释是最通常优选的储存方法，并且可通过使用稀释的气体混合物(如在大量氢气中存5％乙硼烷的情况)，或可通过在低压下存储气体(如锗烷或乙锗烷)来实现。由于高反应性气体稀释，所以高反应性气体的体积负载受到限制。
技术实现思路
实施例涉及将高反应性气体吸附到吸附剂材料上的方法，其包含将高反应性气体吸附到吸附剂材料。吸收性材料包含至少一个路易斯碱性官能团，或保持高反应性气体的单个分子的大小的孔，或惰性部分，所述惰性部分与高反应性气体同时，在吸附高反应性气体之前或在吸附高反应性气体之后提供到吸附剂材料，或高反应性气体与吸附剂材料的部分反应，导致吸附剂材料钝化。在对于吸附的高反应性气体和纯气体相等的体积负载和相等的温度下，所述吸附的高反应性气体的分解速率低于所述纯气体的分解速率。另一个实施例涉及将高反应性气体吸附到金属-有机框架(MOF)上的方法，所述方法包括将高反应性气体提供到MOF，其中气体和MOF形成不稳定的路易斯酸-碱加合物，所述加合物在相同温度和相同体积负载下，相对于纯高反应性气体的分解速率的比率，降低高反应性气体的分解速率。另一个实施例涉及将高反应性气体吸附到金属-有机框架(MOF)上的方法，所述方法包含将高反应性气体提供到MOF，其中MOF的孔的大小设定成保持高反应性气体的一个分子。另一个实施例涉及将高反应性气体吸附到金属-有机框架(MOF)上的方法，所述方法包含使初始剂量的高反应性气体与MOF反应，其中初始剂量的高剂量反应性气体在第一吸附循环期间使MOF钝化，使得在随后吸附循环期间吸附的气体的分解速率低于在第一吸附循环期间吸附的气体的分解速率，和在初始剂量之后，将附加剂量的高反应性气体吸附到MOF。另一个实施例涉及将高反应性气体吸附到金属有-机框架(MOF)上的方法，所述方法包含使与高反应性气体不同的流体与吸附剂材料反应，其中流体使吸附剂钝化，使得在对于吸附的气体和纯气体相等的体积负载和相等的温度下，反应性吸附的气体的分解速率低于纯气体的分解速率，和将高反应性气体吸附到MOF。另一个实施例涉及用于高反应性气体的气体储存和分配设备，其包含容器和位于容器中的吸附剂材料。吸收性材料包含至少一个路易斯碱性官能团，不与高反应性气体化学反应的惰性部分，或保持高反应性气体的单个分子的大小的孔，与高反应性气体反应导致吸附剂材料钝化的部分。另一个实施例涉及将高反应性气体吸附到吸附剂材料上的方法，所述方法包含将高反应性气体吸附到吸附剂材料，和与高反应性气体同时，在吸附高反应性气体之前或在吸附高反应性气体之后将惰性部分吸附到吸收性材料。在吸附的高反应性气体和纯气体相等的体积负载和相等的同温度下，吸附的高反应性气体的分解速率低于纯气体的分解速率。附图说明图1为随乙硼烷浓度而变的乙硼烷分解的图。图2为乙硼烷的范德华几何的球棒模型。图3为一个说明随孔大小而变的完全吸附的乙硼烷的稳定性的图。图4为随温度而变的吸附的砷化氢的分解的图。图5A-5B为具有用于使乙硼烷稳定化的优选的孔大小的一些金属-有机框架(MOF)的球棒图示，并且图5C为具有路易斯碱基团的MOF的球棒图示。图6A-6E为其它金属-有机框架(MOF)的结晶结构的球棒图示。图7为包含苯乙烯和填充有B2H6的交联剂的聚合产物的POP样品池压力随时间变化的图。具体实施方式高反应性气体可被定义为在冲击、高压或高温下自发分解的气体类别。这些气体可包括砷化氢(AsH3)、锑化氢(SbH3)、膦(PH3)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、卤化物、锗烷、乙锗烷、硅烷、乙硅烷、肼或三氟化氮举例来说，乙硼烷广泛用作半导体制造中的掺杂剂，它是一种高反应性分子，易于在环境温度下分解并反应形成更高阶的硼烷，如B5H9和B10H14以及氢气。结果，纯乙硼烷通常在显著制冷(<-75℃)下运输和存储，以减慢固有的热分解。另一种分解减轻方法包括通过用氢或氮将乙硼烷稀释到按体积计通常为5％B2H6或更小来存储乙硼烷。如图1所示，乙硼烷的分解随乙硼烷浓度的增加而增大，图1为在不同乙硼烷浓度下乙硼烷浓度估计值相对于时间的图。由于需要稀释以减轻分解，因此损失储存容量，也无法为最终用户定制更高的乙硼烷混合物。在一个实施例中，高反应性气体吸附到多孔材料上。由于吸附，在同样的体积负载和同样的温度下，高反应性气体的分解速率低于纯高反应性的分解速率。实际上，高反应性气体的吸附用以稳定化和减轻固有分解。此效果以所吸附的砷化氢的相对分解速率示出，所述相对分解速率如图4所示，为在各种温度下砷化氢压力变化估计值相对于时间的变化。根据下反应式1，砷化氢热分解成砷和氢。在5.5mmol/mL的堆积密度和25℃下，吸附的砷化氢和纯砷化氢的分解活化能分别为150kJ/mol和134kJ/mol。在优选的实施例中，使用的吸附剂的类型为金属-有机框架(MOF)。MOF是非常类似于沸石或活性碳的一类吸附剂。然而，MOF由金属节点和有机连接基团构成，如图5A-5C和6A-6E所示。在本文所述的各种实施例中，可使用图5A-5C和6A-6E的MOF，或可使用任何其它合适的MOF。金属节点和有机连接基团的组合提供几乎无数类型的可能结构。举例来说，在图5A-5C中示出的MOF可用于使B2H6(或其它反应气体)稳定化，而在图6A、6D和6E中示出的MOF可用于使其它反应气体稳定化。在其它实施例中，可使用其它吸附剂，如活性(即，多孔)碳或多孔有机聚合物(POP)。在一个实施例中，吸附剂材料包含多孔有机聚合物(POP)，所述多孔有机聚合物(POP)包含至少多种有机单体的聚合产物并且包含至少多个连接的有机重复单元。在替代实施例中，吸附剂材料包含多孔碳。然而，在优选的实施例中，吸附剂材料包含MOF。在第一实施例中，提供在MOF中气体储存位点上的路易斯酸或路易斯碱。具体来说，有机连接基团的可调谐性允许MOF或POPS或活性碳的吸附表面包括各种路易斯酸性和/或路易斯碱性官能团。在一个实施例中，MOF、POP或活性碳包括一个或多个路易斯碱性官能团，并且高反应性气体充当路易斯酸。在此实施例中，在MOF中的路易斯碱性官能团将电子供给到高反应性气体，形成配位键，并且从而使高反应性气体稳定化。路易斯碱性官能团可包括但不限于任何形式或类型的胺、酰胺、亚胺、偶氮基团、叠氮化物、醚、羰基化合物、醇、醇盐、硫醇、硫醇盐、异硫氰酸酯、硫化物、硫酸酯、亚硫酸酯、亚砜、砜、二硫化物、腈、异腈、羧酸酯、硝基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将高反应性气体吸附到吸附剂材料上的方法，其包含：/n将所述高反应性气体吸附到所述吸附剂材料，其中所述吸收性材料包含：/n至少一个路易斯碱性官能团；或/n保持所述高反应性气体的单个分子的大小的孔；或/n惰性部分，所述惰性部分与所述高反应性气体同时，在吸附所述高反应性气体之前或在吸附所述高反应性气体之后提供到所述吸附剂材料；或/n所述高反应性气体与所述吸附剂材料的部分反应，导致所述吸附剂材料钝化，/n其中在对于吸附的高反应性气体和纯气体相等的体积负载和相等的温度下，所述吸附的高反应性气体的分解速率低于所述纯气体的分解速率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170925 US 62/562,7181.一种将高反应性气体吸附到吸附剂材料上的方法，其包含：
将所述高反应性气体吸附到所述吸附剂材料，其中所述吸收性材料包含：
至少一个路易斯碱性官能团；或
保持所述高反应性气体的单个分子的大小的孔；或
惰性部分，所述惰性部分与所述高反应性气体同时，在吸附所述高反应性气体之前或在吸附所述高反应性气体之后提供到所述吸附剂材料；或
所述高反应性气体与所述吸附剂材料的部分反应，导致所述吸附剂材料钝化，
其中在对于吸附的高反应性气体和纯气体相等的体积负载和相等的温度下，所述吸附的高反应性气体的分解速率低于所述纯气体的分解速率。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸附剂材料包含金属-有机框架(MOF)。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸附剂材料包含多孔有机聚合物(POP)或多孔活性碳。


4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述相等的温度和相等的体积负载下，吸附到所述吸附剂材料的所述高反应性气体表现出在8天内的压力变化比所述纯气体小至少50％。


5.根据权利要求1所述的方法，其中吸附到所述吸附剂材料的所述高反应性气体表现出在8天内从初始压力开始的压力变化小于25％。


6.根据权利要求1所述的方法，其中吸附到所述吸附剂材料的所述高反应性气体在室温下在8天内不表现出压力增大。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸收性材料包含以下中的两种或更多种：
至少一个路易斯碱性官能团；或
保持所述高反应性气体的单个分子的大小的孔；或
所述高反应性气体与所述吸附剂材料的部分反应，导致所述吸附剂材料钝化。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸收性材料包含至少一种路易斯碱性官能团。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述路易斯碱性官能团选自胺、酰胺、亚胺、偶氮基团、叠氮化物、醚、羰基化合物、醇、醇盐、硫醇、硫醇盐、异硫氰酸酯、硫化物、硫酸酯、亚硫酸酯、亚砜、砜、二硫化物、腈、异腈、羧酸酯、硝基、磷酸酯、膦、次膦酸酯、硼酸酯、卤化物、芳香族基团、炔烃、烯烃或其组合。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述路易斯碱性官能团包含包含杂环的芳香族基团，其中在所述杂环上的至少一个原子选自氮、氧、磷、硫、砷、硒、锑、铋或其组合。


11.根据权利要求2所述的方法，其中所述部分包含：酸性部分、还原剂或氧化剂。


12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述酸性部分包含开放金属配位位点、羧酸位点或酸性簇位点；
所述还原剂包含胺、结合的金属、草酸、甲酸或亚磷酸酯；和
所述氧化剂包含氧化簇、金属氧化物或过氧化物。


13.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸附的高反应性气体为砷化氢(AsH3)、锑化氢(SbH3)、膦(PH3)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、卤化物、锗烷、乙锗烷、硅烷、乙硅烷、肼和三氟化氮。


14.一种将高反应性气体吸附到金属-有机框架(MOF)上的方法，其包含：
将所述高反应性气体提供到所述MOF，其中所述气体和所述MOF形成不稳定路易斯酸-碱加合物，所述加合物在相同的温度和相同的体积负载下，相对于所述纯高反应性气体的分解速率，降低所述高反应性气体的分解速率。


15.根据权利要求14所述的方法，其中所述高反应性气体充当电子供体路易斯碱。


16.根据权利要求15所述的方法，其中所述路易斯碱为选自具有1-3个非碳原子的5或6元环的杂环分子。


17.根据权利要求14所述的方法，其中所述高反应性气体充当电子受体路易斯酸。


18.根据权利要求14所述的方法，其中吸附的高反应性气体为砷化氢(AsH3)、锑化氢(SbH3)、膦(PH3)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、卤化物、锗烷、乙锗烷、硅烷、乙硅烷、肼和三氟化氮。


19.一种将高反应性气体吸附到金属-有机框架(MOF)上的方法，其包含：
将所述高反应性气体提供到所述MOF，其中所述MOF的所述孔大小设定成保持所述高反应性气体的一个分子。


20.根据权利要求19所述的方法，其中吸附的高反应性气体为砷化氢(AsH3)、锑化氢(SbH3)、膦(PH3)、硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、卤化物、锗烷、乙锗烷、硅烷、乙硅烷、肼和三氟化氮。


21.一种将高反应性气体吸附到金属-有机框架(MOF)上的方法，其包含：
使初始剂量的所述高反应性气体与所述MOF反应，其中在第一吸附循环期间，所述初始剂量的所述高反应性气体使所述MOF钝化，使得在随后的吸附循环期间吸附的气体的分解速率低于在所述第一吸附循环期间所述吸附的气体的分解速率；和
在所述初始剂量之后，将附加剂量的所述高反应性气体吸附到所述MOF。

【专利技术属性】
技术研发人员：格伦·M·汤姆，保罗·卫曼·西乌，琼斯·阿诺，奥马尔·K·法尔哈，罗斯·韦尔普洛格，
申请(专利权)人：纽麦特科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US