[发明专利]自固化混合金属氧化物

说明书

提供了形成混合金属氧化物固体的方法。所述方法包括以下步骤：获得包含至少两种含有金属或类金属的化合物的前体组合物，所述至少两种化合物的金属或类金属是彼此不同的；和使所述前体组合物的至少两种含有金属或类金属的化合物至少部分地通过水解和/或缩合反应。所述至少两种含有金属或类金属的化合物可具有不同的零电荷点(PZC)。还提供了包含用根据所述方法形成的混合金属氧化物固体涂覆或以其他方式物理连接的基底或材料的其他材料或制品。

技术领域

本发明涉及混合金属氧化物材料。更具体而言，本发明涉及由至少两种含有金属或类金属的化合物形成的固体材料，以及产生这种材料的方法。

背景技术

“溶胶-凝胶”法是一种由小分子产生固体材料例如膜的方法。所述方法通常包括：(i)通过水解和缩合由溶剂中的单体和/或低聚物化合物的前体组合物形成胶体或“溶胶”；(ii)任选地允许胶体进一步反应形成“凝胶”；(iii)用胶体或凝胶涂布基底；以及(iv)除去溶剂，从而在基底上形成膜。

溶胶-凝胶法通常需要一个或多个包括催化剂或其他试剂以诱导溶胶形成和/或凝胶形成的步骤。这些步骤可大大有助于使用溶胶-凝胶法产生膜的成本和/或复杂性。此外，一旦形成溶胶或胶体，必须在不久之后使用，或者必须向混合物中加入其他稳定剂。然后，这些稳定剂必须经过随后的加工进入膜中，并且通常不期望地作为污染物留在最终膜中。

此外，通过溶胶-凝胶法制造的材料通常如合成时那样非常易碎，因此在材料需要结构完整性、内聚力或粘附力的情况下，则通过加热、烧结或煅烧对其进一步加工——所有这些都是高温工艺步骤。

发明概述

在第一方面，本发明提供了用于形成混合金属氧化物固体的方法，包括以下步骤：

(i)获得包含至少两种含有金属或类金属的化合物的前体组合物，所述至少两种化合物的金属或类金属是彼此不同的；和

(ii)使所述前体组合物的所述至少两种含有金属或类金属的化合物至少部分地通过水解和/或缩合反应，

由此形成混合金属氧化物固体。

在实施方案中，混合金属氧化物固体选自膜、整料(monolith)、粉末和悬浮液。在特别优选的实施方案中，固体是膜。

优选地，至少两种含有金属或类金属的化合物的氧化物的零电荷点(PZC，pointsof zero charge)不同。

合适地，前体组合物是液基组合物。

优选地，前体组合物还包含溶剂和/或其他载液。

在某些优选的实施方案中，前体组合物是溶液。

在其他实施方案中，前体组合物可以是并非溶液的液基组合物，例如悬浮液、胶体或乳液。

优选地，第一方面的方法不需要将包含至少两种含有金属或类金属的化合物的前体组合物暴露于催化剂来诱导至少两种化合物水解和/或缩合以形成混合金属氧化物固体。

优选地，第一方面的方法不需要向前体溶液中添加除任选的水之外的剂(agent)和/或试剂(reagent)来诱导至少两种化合物的水解和/或缩合以形成混合金属氧化物固体。特别优选的是，第一方面的方法不需要添加酸和/或碱来形成混合金属氧化物固体。

在某些实施方案中，至少两种含有金属或类金属的化合物的金属或类金属选自硅、锗、锡、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、铯、钼、钨、钇、镁、钙、锶、钡、铅、锌、镉、汞、硼、铝、镓、锰、铈、铁、钨、硼、镱、碲、铟及其组合。

这些金属或类金属中的每一种都可以酌情与任何合适的化合物形成部分独立地组合。在某些实施方案中，所述部分选自卤化物、卤素、醇盐、烷基、羟基、氢、酰氧基、烷氧基和乙酰基。