[发明专利]金属有机骨架材料的溶剂支撑型压实

说明书

提供了一种金属有机骨架材料的溶剂支撑型压实。公开了形成高的表面积的压实的MOF粉末的方法，以及由此形成的MOF颗粒。所述方法可以包括：使用第一溶剂合成金属有机骨架材料(MOF)粉末；用第二溶剂交换第一溶剂，使得MOF粉末的孔用第二溶剂填充至少10％；将具有用第二溶剂填充至少10％的孔的MOF粉末压实为颗粒；以及对压实的颗粒进行去溶剂化以去除第二溶剂。颗粒可以在压实后保持其初始比表面积的至少80％的比表面积。压实MOF粉末并使溶剂至少部分地填充其孔可以防止或减少MOF孔结构的压碎并保持表面积，例如，用于氢或天然气储存。

技术领域

本公开涉及金属有机骨架材料(MOF)的溶剂支撑型压实，例如，所述溶剂支撑型MOF的机械压实。

背景技术

金属有机骨架材料(metal-organic frameworks，MOF)是可以具有非常高的比表面积(例如，超过3000m²/g)的合成材料。这些高的表面积可以使它们可用于气体存储应用，例如，作为用于燃料电池车辆的储氢材料或者用于天然气车辆的甲烷储存材料。基于由于范德华力导致气体吸附到表面，这些吸附剂材料的性能可以高度依赖于表面积。由于整体式固体(monolithic solids)通常具有更大的总的体积存储密度、增强的热性质和改善的易操作性，所以对于车载气体储存应用而言整体式固体(与粉末相比)通常是更优越的。然而，MOF的整体合成(bulk synthesis)通常造成材料的粉末形式。可以使用机械压实(mechanical compaction)而不使用粘合剂来使MOF形成为高密度颗粒(pellet)。然而，已知由于孔坍塌、孔阻塞和晶体结构的非晶化，机械压实减小MOF的微孔体积。这通常降低MOF的储存容量，并限制使MOF吸附剂致密化的有效性。

发明内容

在至少一个实施例中，提供了一种方法。所述方法可以包括使用第一溶剂合成金属有机骨架材料(MOF)粉末；用第二溶剂交换第一溶剂，使得MOF粉末的孔用第二溶剂填充至少10％；将具有用第二溶剂填充至少10％的孔的MOF粉末压实为颗粒；以及对压实的颗粒进行去溶剂化以去除第二溶剂。

在一个实施例中，将MOF粉末压实为MOF晶体结构的理论密度的至少60％的密度以形成颗粒。颗粒可以保持压实后的比表面积是压实前的颗粒的初始比表面积的至少80％或90％。在一个实施例中，颗粒在压实后保持与预压实的比表面积相比的至少80％的比表面积。第二溶剂可以具有比第一溶剂的沸点低的沸点。在一个实施例中，第二溶剂包括甲醇、丙酮、二氯甲烷、乙醇或水。可以在交换步骤和压实步骤之间使用流动的气体干燥MOF粉末。对压实的颗粒进行去溶剂化以去除第二溶剂的步骤可以包括将颗粒加热到至少第二溶剂的沸点。在一个实施例中，对压实的颗粒进行去溶剂化以去除第二溶剂的步骤还包括对压实的颗粒施加真空。

在至少一个实施例中，提供了一种方法。所述方法可以包括用具有比第一溶剂的沸点低的沸点的第二溶剂交换金属有机骨架材料(MOF)粉末的孔中的第一溶剂，使得MOF粉末的孔至少10％填充有第二溶剂；将具有至少10％填充的孔的MOF粉末压实为颗粒；以及对压实的颗粒进行去溶剂化以去除第二溶剂。

可以将MOF粉末压实为MOF晶体结构的理论密度的至少65％的密度以形成颗粒。在一个实施例中，颗粒在压实后保持压实前的颗粒的初始比表面积的至少80％或90％的比表面积。颗粒在压实后可以保持至少1400m²/g的比表面积。在一个实施例中，在交换步骤之后和压实步骤期间，MOF粉末的孔至少50％填充有第二溶剂。

在至少一个实施例中，提供了一种储气材料。所述材料可以包括金属有机骨架材料(MOF)粉末的压实的颗粒。所述颗粒可以具有MOF晶体结构的理论密度的至少60％的密度以及至少1000m²/g的比表面积。压实的颗粒的比表面积可以是未压实状态下的MOF粉末的比表面积的至少80％。