(57)【要約】  マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を調製するための方法が提供される。本方法は、マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成することと、反応混合物を反応温度で反応時間の間水熱処理して、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成することと、を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を調製するための方法であって、
マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成する工程と、
前記反応混合物を反応温度で反応時間の間水熱処理して、前記マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記マグネシウム塩及び前記ダイヤモンドイド化合物が、０．５：１〜１．０：１の前記反応混合物中のＭｇ２＋対ダイヤモンドイド化合物の比を提供する量で混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マグネシウム塩が、Ｍｇ（ＯＨ）２である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ダイヤモンドイド化合物が、１−アダマンタンカルボン酸である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記反応温度が、１００℃〜１８０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記反応温度が、１４０℃〜１６０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記反応時間が、少なくとも１２時間である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩が、層状形態を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記層状形態が、辺と面の接続を欠く複数の層を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記層状形態が、それぞれ５００超のアスペクト比を有する複数の層を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
ナノ複合材を調製するための方法であって、前記方法が、
マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解して、前記ナノ複合材を形成する工程、
を含み、
遷移金属アダマンタンカルボキシレート塩が、
マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成する工程と、
前記反応混合物を反応温度で反応時間の間水熱処理して、前記マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成する工程と、によって調製される、方法。
【請求項１２】
前記マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解することが、空気中で前記マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を分解温度で分解時間の間加熱することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記分解温度が、少なくとも４５０℃である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分解時間が、少なくとも４時間である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノ複合材が、炭素担持体上に分散された酸化マグネシウム粒子を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ナノ複合材が、微孔性シートの形態を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩であって、
マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成する工程と、
前記反応混合物を反応温度で反応時間の間水熱処理して、前記マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成する工程と、によって調製された、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、
（ｂ）ナノ複合材であって、
（ａ）の前記マグネシウムアダマンチンカルボキシレートを熱分解して、前記ナノ複合材を形成することによって調製された、ナノ複合材、または
（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物、
を含む、触媒系。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年３月１７日出願の米国仮出願第６２／３０９，６５７号の利益を主張し、これは、参照により本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般的に、マグネシウムダイヤモンドイド塩、その塩から誘導された酸化マグネシウムを含有するナノ複合材、その塩またはナノ複合材を含む系及び方法、その塩またはナノ複合材を含むポリマー複合材に関する。
【０００３】
略語
℃＝摂氏温度
【０００４】
Å＝オングストローム
【０００５】
ＡＣＡ＝１−アダマンタンカルボン酸
【０００６】
ＡＣ＝アダマンチンカルボキシレート
【０００７】
ｃｍ＝センチメートル（１０−２メートル）
【０００８】
ＥＤＸ＝エネルギー分散型Ｘ線
【０００９】
ＦＷＨＭ＝半値全幅
【００１０】
ｈ＝時間
【００１１】
ＨＲＴＥＭ＝高解像度透過型電子顕微鏡
【００１２】
ＩＲ＝赤外線
【００１３】
ＬＤＨ＝層状複水酸化物
【００１４】
μｍ＝マイクロメートル（１０−６メートル）
【００１５】
ｍＬ＝ミリリットル（１０−３リットル）
【００１６】
ｎｍ＝ナノメートル（１０−９メートル）
【００１７】
ＰＸＲＤ＝粉末Ｘ線回折
【００１８】
ＳＥＭ＝走査型電子顕微鏡
【００１９】
ＴＥＭ＝透過型電子顕微鏡
【００２０】
ＴＧＡ＝熱重量分析
【００２１】
ＴＭＯ＝遷移金属酸化物
【００２２】
ｗｔ％＝重量パーセント
【背景技術】
【００２３】
ブルーサイトは天然に存在する鉱物であり、Ｍｇ２＋イオンが八面体部分の交互層を占め、組成［Ｍｇ（ＯＨ）２］の電荷中性金属水酸化物スラブの積層体をもたらすヒドロキシルイオンの密集を特徴とする。各Ｍｇ２＋イオンが、６つのＯＨ−イオンによって八面体的に囲まれている。八面体は、辺を共有して積み重ねられた無限の層を形成し、ファンデルワールスの相互作用によって安定化されている。これらの水酸化物の潜在的利用は、この材料が、（１）限られた層間化合物、（２）低い熱安定性、（３）固定されている層組成、（４）非剥離、を呈するため、制限されている。
【００２４】
材料の既知の制限にもかかわらず、Ｍｇ（ＯＨ）２は、例えば、触媒、吸着、及びナノ複合材料の分野における多くの潜在的用途を有する。触媒作用及び収着の観点から、ＭｇＯは、理想的には大きな表面積、熱安定性及び再現性を有するべきである。全ての二価（ｂｉｖａｌｅｎｔ）の二価（ｄｉｖａｌｅｎｔ）金属水酸化物の中でも、Ｍｇ（ＯＨ）２は、（ａ）安価で経済的である、（ｂ）取扱いが容易である、（ｃ）環境にやさしい、の理由から、他のものより有利である。材料化学に対する当面の課題は、結晶が、１０００超の大きなアスペクト比（長さ対厚さ）、高い熱安定性、及び様々な溶媒中で安定な分散液を形成する能力を有する、α−Ｍｇ（ＯＨ）２／Ｍｇ（ＯＨ）２系の塩を設計し、開発することである。
【００２５】
したがって、マグネシウム系材料、及び安定または分散性であり、かつマグネシウム系材料の結晶のサイズ、形状、及び特に反応性ＭｇＯの前駆体としての活性を制御可能なマグネシウム系材料の複合材を提供する合成方法が顕著に必要とされている。酸化マグネシウム／水酸化物質を含む系、方法、及び複合材料が、更に現在必要とされている。
【発明の概要】
【００２６】
いくつかの実施形態によると、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を調製する方法が提供される。本方法は、マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成することを含む。更に、本方法は、反応温度で反応混合物を反応時間の間水熱処理して、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成することを含む。
【００２７】
更なる実施形態によると、ナノ複合材の調製方法が提供される。本方法は、本開示の実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解して、ナノ複合材を形成することを含む。
【００２８】
更なる実施形態によると、触媒系が提供される。触媒系は、（ａ）本開示の実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）本開示の実施形態に従って調製されたナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物を含む。
【００２９】
更なる実施形態によると、少なくとも１つの第１の反応物質と少なくとも１つの第２の反応物質との間の化学反応を触媒する方法が提供される。本方法は、本開示の実施形態よると、触媒系の存在下で少なくとも１つの第１の反応物質と少なくとも１つの第２の反応物質とを反応させることを含む。
【００３０】
更なる実施形態によると、反応物質の分解を触媒する方法が提供される。本方法は、本開示の実施形態によると、触媒系の存在下で反応物質を分解することを含む。
【００３１】
更なる実施形態によると、ポリマー複合材が提供される。ポリマー複合材は、少なくとも１つのポリマーまたはコポリマーと、少なくとも１つのポリマーまたはコポリマーの間に散在させた少なくとも１つの充填材料とを含み、複合材を形成する。少なくとも１つの充填材料は、（ａ）本開示の実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）本開示の実施形態に従って調製されたナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物から選択される。
【００３２】
更に別の実施形態によると、流体流から化学化合物を除去するための系が提供される。この系は、（ａ）本開示の実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）本開示の実施形態に従ったナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物から選択される吸着剤を含む。系は更に容器を含み、その中でまたは上で流体流中の化学化合物が吸着剤と接触する。
【００３３】
本明細書に記載の実施形態の更なる特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識される。
【００３４】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載の様々な実施形態を示し、説明と共に、特許請求される主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Ｍｇ２＋対ＡＣＡのモル比０．５：１を有する、Ｍｇ（ＯＨ）２から形成されたＭｇ（０．５）−ＡＣマグネシウムアダマンチンカルボキシレート塩（ＡＣＡ）及び１−アダマンタンカルボン酸の粉末Ｘ線回折（ＰＸＲＤ）パターンである。
【図２】Ｍｇ２＋対ＡＣＡのモル比０．５：１を有する、Ｍｇ（ＯＨ）２から形成されたＭｇ（０．５）−ＡＣマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩及び１−アダマンタンカルボン酸（ＡＣＡ）の赤外線（ＩＲ）スペクトルである。
【図３】Ｍｇ（ＯＨ）２、ＡＣＡ及びＭｇ（０．５）−ＡＣの積層体ＩＲスペクトルを含む。
【図４】（ａ）ＡＣＡ、及び（ｂ）Ｍｇ（０．５）−ＡＣの積層体熱重量分析を含む。
【図５Ａ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（０．５）−ＡＤのある倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５Ｂ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（０．５）−ＡＤの別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５Ｃ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（０．５）−ＡＤの別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５Ｄ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（０．５）−ＡＤの別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図６Ａ】コロイド懸濁液から除去された、剥離されたＭｇ（０．５）−ＡＣ粒子の選択領域の原子間力顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】図６Ａの顕微鏡写真におけるピークフォースエラー（ｐｅａｋ  ｆｏｒｃｅ  ｅｒｒｏｒ）の表示である。
【図６Ｃ】図６Ａに示された経路を横切って測定された、剥離された粒子中の高さプロファイルのグラフである。
【図７】Ｍｇ２＋対ＡＣＡのモル比１．０：１を有する、Ｍｇ（ＯＨ）２から形成されたＭｇ（１．０）−ＡＣマグネシウムアダマンタン塩及び１−アダマンタンカルボン酸（ＡＣＡ）のＰＸＲＤパターンである。＊はブル−サイト不純物を示す。
【図８Ａ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（１．０）−ＡＣナノ複合材のある倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８Ｂ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（１．０）−ＡＣナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８Ｃ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（１．０）−ＡＣナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８Ｄ】本明細書の実施形態に従って調製されたＭｇ（１．０）−ＡＣナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材のＰＸＲＤパターンである。
【図１０Ａ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材のある倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０Ｂ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０Ｃ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０Ｄ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１１Ａ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材のある倍率での明視野透過型電子顕微鏡写真である。
【図１１Ｂ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率での明視野透過型電子顕微鏡写真である。
【図１１Ｃ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の電子回折パターンを示す。
【図１１Ｄ】Ｍｇ（０．５）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の高倍率ＨＲＴＥＭ画像を示す。
【図１２】Ｍｇ（１．０）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材のＰＸＲＤパターンである。
【図１３Ａ】Ｍｇ（１．０）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材のある倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】Ｍｇ（１．０）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１３Ｃ】Ｍｇ（１．０）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１３Ｄ】Ｍｇ（１．０）−ＡＣを熱分解することによって調製されたナノ複合材の別の倍率でのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
ダイヤモンドイド及びその誘導体は、超分子、石油化学、及び医薬品化学等の様々な用途において有望性を示してきた。本明細書に具体化された方法に従って調製された化合物は、酸化マグネシウム及びダイヤモンドイドの化学的性質を結合させて、マグネシウムまたは酸化マグネシウムを組み込んだ塩及びナノ複合材等の材料を形成する。例えば、いくつかの実施形態では、マグネシウム−アダマンタンカルボキシレート（Ｍｇ−ＡＣ）塩が合成され、特徴決定される。合成されたＭｇ−ＡＣは、大きなアスペクト比、高い熱安定性、及び様々な有機溶媒に分散する能力を有する層状構造を示す。他の実施形態では、Ｍｇ−ＡＣ化合物の熱分解は、炭素に担持された安定で、焼結がない、微孔性ＭｇＯで構成されるナノ複合材を提供する。更なる実施形態は、Ｍｇ−ＡＣ化合物、ナノ複合材、またはこれらの組み合わせをそれぞれ組み込んだ触媒系、触媒方法、ポリマー複合材、及び吸着材系に関する。
【００３７】
本明細書で使用される場合、用語「ダイヤモンドイド」は、少なくとも１つのアダマンタン部分を含有する任意の化学化合物を指す。
【００３８】
ここで、マグネシウムアダマンタン塩から誘導され酸化マグネシウム粒子を含有するマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩及びナノ複合材を調製する方法の実施形態について詳細に参照する。
【００３９】
マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を調製する方法は、マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成することを含む。
【００４０】
反応混合物では、マグネシウム塩は、Ｍｇ２＋を含有する任意のマグネシウム化合物、及び酸または塩基から誘導されたカウンターアニオンであり得る。したがって、マグネシウム塩の非限定的な例としては、Ｍｇ（ＯＨ）２、ＭｇＣｌ２、ＭｇＢｒ２、Ｍｇ（ＮＯ３）２及びＭｇＳＯ４が挙げられる。いくつかの実施形態では、マグネシウム塩はＭｇ（ＯＨ）２であり得る。Ｍｇ（ＯＨ）２のか焼から形成されたＭｇＯは、固体塩基触媒としてのその活性が特に有益である。
【００４１】
反応混合物では、ダイヤモンドイド化合物は、少なくとも１つのカルボン酸部分を有する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのカルボン酸は、ダイヤモンドイド化合物の任意の非ブリッジヘッド炭素原子に結合される。いくつかの実施形態では、ダイヤモンドイド化合物は、アダマンタン、ジアマンタン、またはトリアマンタンのカルボン酸から選択され得る。いくつかの実施形態では、ダイヤモンドイド化合物は、アダマンタン１−カルボン酸（ＡＣＡ）であり得る。
【００４２】
マグネシウム塩とダイヤモンドイド化合物との混合は、均質混合を達成するために任意の好適な装置を使用して任意の好適な方法によって、実行され得る。例えば、混合は、乾燥粉末の混和または粉砕等の固相技術を使用して実行され得る。混合は、粉末と溶媒とを組み合わせ、続いて得られた溶液を攪拌することによる、水性溶媒または有機溶媒の補助を用いて実行され得る。任意選択的に、かかる湿式混合手順の後、マグネシウム塩及びダイヤモンドイド化合物をそれらの化学反応に好適な条件下に置く前に、溶媒の一部または全部を得られた混合物からデカントまたはろ過してもよい。
【００４３】
マグネシウムアダマンチンカルボキシレート塩の調製方法は、反応温度で反応時間の間マグネシウム塩とダイヤモンドイド化合物との反応混合物を水熱処理して、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成することを更に含む。水熱処理は、一般的に、反応混合物に水等の水性溶媒を加え、オートクレーブ等の反応容器に反応混合物を封入し、反応温度まで反応容器を加熱して、マグネシウムアダマンチンカルボキシレート塩の結晶化を生じ、高圧条件で起こすことを含み得る。
【００４４】
反応温度は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の結晶化も可能にしながら、反応容器内でマグネシウム塩とダイヤモンドイド化合物との反応が進行するのに十分な熱力学的エネルギーを提供するように選択される。反応温度は、反応の進行を可能にするために十分に高くあるべきであるが、またアダマンタンカルボキシレート塩または溶媒和結晶子の分解を避けるために十分に低くなければならない。いくつかの実施形態では、反応温度は、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃、１４０℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃等の１００℃〜２００℃、または１００℃〜２００℃の任意の他の温度であり得る。いくつかの実施形態では、反応温度は１００℃〜２００℃であり得るが、１００℃未満または２００℃超の温度では他の反応が起こることが企図される。他の実施形態では、反応温度は、１００℃〜１５０℃、または１１０℃〜１５０℃であり得る。マグネシウム塩がＭｇ（ＯＨ）２である一実施例では、反応温度は１５０℃±１０℃であり得る。
【００４５】
反応時間は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩が反応温度で形成されるにつれて起こるように、結晶成長のため、及び明白な形態が発展するために十分な時間を与えるように選択される。いくつかの実施形態では、反応時間は、例えば、１２時間〜７２時間、２４時間〜７２時間、１２時間〜４８時間、または２４時間〜４８時間等の、１２時間より長い時間であり得る。いくつかの実施形態では、反応時間は１２時間より長くてもよいが、１５０℃超の高い反応温度が選択される場合、例えば反応時間は１２時間より短くてもよいことが企図される。
【００４６】
マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を調製する方法は、反応容器を冷却または減圧するステップ、反応容器から反応混合物を除去するステップ、ろ過または任意の他の好適な技術によって反応混合物から溶媒を除去するステップ、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を溶解しない水性または有機溶媒でマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を洗浄するステップ、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を乾燥するステップ、またはこれらのステップの任意の組み合わせ等の、従来通りの分離ステップを更に含み得る。いくつかの実施形態では、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を、反応容器に存在する任意の溶媒から真空ろ過し、水で洗浄し、好適な温度で好適な時間の間乾燥してもよい。例えば、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を６５℃で２４時間乾燥させて、水熱処理による残留溶媒を除去してもよい。
【００４７】
マグネシウム塩及びＡＣＡを使用して調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩は、次の簡略表記Ｍｇ（ｘ）−ＡＣによって記載され、式中、ｘが、マグネシウムアダマンタン塩を調製するために使用される反応混合物中のＭｇ２＋対ＡＣＡの比であり、ＡＣは、ＡＣＡのアダマンタンカルボキシレート部分から誘導された炭素担持体を表す。例えば、Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、Ｍｇ２＋対ＡＣＡのモル比０．５：１で、Ｍｇ（ＯＨ）２とＡＣＡを反応させることによって調製された、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を表す。同様に、Ｍｇ（１．０）−ＡＣは、Ｍｇ２＋対ＡＣＡのモル比１．０：１で、Ｍｇ（ＯＨ）２とＡＣＡを反応させることによって調製された、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を表す。
【００４８】
いくつかの実施形態では、例えば、Ｍｇ（ＯＨ）２等のマグネシウム塩及びＡＣＡが、反応混合物中の０．５：１〜１．０：１のＭｇ２＋対ＡＣＡの比を提供する量で混合されることによって反応混合物を調製し得る。反応混合物中のＭｇ２＋対ＡＣＡの特定の比は、所望の形態に対するマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の結晶形態全体に影響を及ぼすように選択され得る。理論に拘束されるものではないが、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の結晶形態は、反応混合物中のＭｇ２＋対ＡＣＡの比を増加または減少することによって調整され得ると思われる。いくつかの実施形態では、Ｍｇ２＋対ＡＣＡの比は、０．５：１〜１．０：１から選択され得るが、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の結晶形態は、Ｍｇ２＋対ＡＣＡの比を０．５：１未満に減少するか、またはＭｇ２＋対ＡＣＡの比を１．０：１超に増加することによって更に調整され得ることが企図される。それでもなお、マグネシウム飽和点が存在すると考えられ、飽和点よりも高いＡＣＡ対Ｍｇ２＋の比では、追加のマグネシウムイオンをマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩に組み込むことができない。
【００４９】
Ｍｇ−ＡＣ化合物は、層状構造または形態を示し得る。いくつかの実施形態では、層状構造または形態のＭｇ−ＡＣ化合物は、辺と面との接続を欠く複数の層として現れ得る。複数の層は、５００超のまたは１０００超のアスペクト比をそれぞれ有する、個々の層で構成され得る。すなわち、個々のそれぞれの層は、同じ層の厚さの測定値の少なくとも５００倍または少なくとも１０００倍の長さである長さの測定値を有し得る。例えば、層は、１０μｍ〜２０μｍの長さ、及び１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有し得る。これらの非常に薄い層は、特にある種の溶媒の存在下で続く剥離を示し得る。Ｍｇ−ＡＣ材料はまた、極性有機溶媒等の様々な溶媒中で安定な分散液またはゲルを形成し得る。例えば、Ｍｇ−ＡＣ層は、エタノール及びアセトン等の有機溶媒中で剥離し得る。理論に拘束されるものではないが、Ｍｇ−ＡＣが剥離する大きなアスペクト比の層の存在は、Ｍｇ−ＡＣが充填剤として使用されるポリマーナノ複合材等の材料の全体的な特性に有益であり得ると思われる。
【００５０】
本明細書の更なる実施形態は、ナノ複合材を調製する方法に関する。ナノ複合材を調製するための方法は、本明細書に前述の方法に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解することを含む。いくつかの実施形態では、ナノ複合材は、ダイヤモンドイド化合物から誘導された炭素骨格上に担持された酸化マグネシウム粒子または構造を含む。
【００５１】
ナノ複合材を調製するためのいくつかの実施形態では、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解することは、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を加熱することを含み得る。マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の加熱は、例えば、空気中で、分解温度で分解時間の間行われ得る。分解温度及び分解時間は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の完全分解をもたらすように選択され得る。マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の完全分解は、アダマンタンカルボキシレート塩中の任意の水酸化マグネシウム官能基の酸化マグネシウム粒子への転化を含み得る。好適な分解温度は、例えば、２００℃超過、３００℃超過、４００℃超過、または５００℃超過であり得る。分解時間は、選択された分解温度でマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の完全分解をもたらすのに十分な任意の時間として選択され得る。例えば、分解時間は、２時間、３時間、４時間、または５時間より長い等、１時間より長くてもよい。例示的な実施形態では、Ｍｇ（ＯＨ）２及びＡＣＡから形成されるマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩は、約４５０℃の分解温度及び少なくとも４時間の分解時間で完全に分解され得る。
【００５２】
マグネシウムアダマンチンカルボキシレート塩の熱分解によって形成されたナノ複合材は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成するために使用される反応混合物中のダイヤモンドイド化合物に対するマグネシウム塩の比、マグネシウムアダマンチンカルボキシレート塩を形成するために使用される反応時間及び温度、ならびにナノ複合材自体を形成するために使用される分解条件等の変数に依存し得る、様々な結晶形態を示し得る。
【００５３】
いくつかの実施形態では、ナノ複合材を調製するための方法は、Ｍｇ（ＯＨ）２とＡＣＡとを反応させることによって調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解することを含む。かかるマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩から形成されるナノ複合材は、特定の形状または形態の炭素担持体上に分散された特定の形状または形態の酸化マグネシウム粒子（ＭｇＯ）を含み得る。金属酸化物粒子は、例えば、球状、長方形、リボン状、またはナノワイヤ、ナノロッド、もしくはナノウィスカの形状であり得る。酸化マグネシウム粒子は、例えば、１０ｎｍ〜２０ｎｍの粒径を有し得る。同様に、炭素担持体は、シート、ナノロッド、ナノワイヤ、またはナノウィスカ等の形態を示し得る。
【００５４】
いくつかの実施形態では、酸化マグネシウム粒子は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩のアダマンタン部分から誘導された炭素担持体の表面上に均一に分散され得る。ＭｇＯ粒子及び炭素担持体の重量分率は、ナノ複合材を調製するために使用される条件に依存して、ナノ複合材中で変化し得る。いくつかの実施形態では、ナノ複合材は、ナノ複合材の総重量に基づいて、５０重量％〜９０重量％のＭｇＯ粒子、及び１０重量％〜５０重量％の炭素を含み得る。例えば、ナノ複合材は、ナノ複合材の総重量に基づいて、７０重量％〜８０重量％のＭｇＯ粒子、及び２０重量％〜３０重量％の炭素を含み得る。
【００５５】
本明細書の更なる実施形態は、触媒系に関する。触媒系は、（ａ）前述のいずれかの実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の熱分解等による前述のいずれかの実施形態に従って調製された炭素に担持された酸化マグネシウム粒子等のナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の任意の触媒活性混合物、を含み得る。
【００５６】
したがって、本明細書の更なる実施形態は、少なくとも１つの第１の反応物質と少なくとも１つの第２の反応物質との間の化学反応を触媒する方法に関する。かかる方法は、少なくとも１つの第１の反応物質と少なくとも１つの第２の反応物質とを、前述の触媒系の存在下で反応させることを含み得る。少なくとも１つの第１の反応物質及び少なくとも１つの第２の反応物質は、任意の化学化合物であり得、この化学反応は、熱力学的に可能にされるか、もしくはより好都合にされることによって、またはマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩もしくはＭｇＯナノ複合材の別々の、もしくはそれらの組み合わせの存在によって速度論的に影響されること等によって、触媒的に促進される。
【００５７】
本明細書の更に別の実施形態は、反応物質の分解を触媒する方法に関する。かかる方法は、前述の触媒系の存在下で反応物質を分解することを含み得る。反応物質の分解は、低減された分解温度、低減された分解時間、または低減された分解圧力下等の、反応物質を分解するために一般的に既知のものより穏やかな条件下で行われ得る。
【００５８】
本明細書の更に別の実施形態は、少なくとも１つのポリマーまたはコポリマーと、少なくとも１つのポリマーまたはコポリマーの間に散在させた少なくとも１つの充填材化合物との組み合わせを含有して、複合材を形成する、ポリマー複合材に関する。かかる実施形態では、少なくとも１つの充填材化合物は、（ａ）前述のいずれかの実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の熱分解等による前述のいずれかの実施形態に従って調製された炭素に担持された酸化マグネシウム粒子等のナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の任意の混合物から選択され得る。
【００５９】
本明細書の更に別の実施形態は、液体流、気体流、または液体及び固体を含有するスラリー等の流体流から化学化合物を除去するための系に関する。この系は、（ａ）前述のいずれかの実施形態に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩の熱分解等による前述のいずれかの実施形態に従って調製された炭素に担持された酸化マグネシウム粒子等のナノ複合材、（ｃ）前述のいずれかの実施形態に従ったポリマー複合材、または（ｄ）（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の任意の混合物から選択される吸着剤を含み得る。この系は、任意の好適な容器または任意の活性表面を更に含み得、その中または上で流体流中の化学化合物が吸着剤と接触して吸着剤上に吸着され、流体流から除去される。
【００６０】
このように、マグネシウムダイヤモンドイド塩、炭素に担持された酸化マグネシウム粒子のナノ複合材の実施形態は、触媒系及び方法、ポリマー複合材、流体流から化学化合物を除去するための系、及び１つ以上のマグネシウムダイヤモンドイド塩またはナノ複合材を組み込む掘削流体の更なる実施形態と共に、記載されている。例示的な実施形態では、１−アダマンタンカルボキシレートが、様々な形態を有するマグネシウム化合物を生成するための構造指向剤として使用された。Ｍｇ−ＡＣ化合物の熱分解またはか焼は、従来のナノ−ＭｇＯと比較して高い触媒性及び熱安定性を示し得る炭素に担持された酸化マグネシウムの現場での生成をもたらす。
【実施例】
【００６１】
本明細書に記載の実施形態は、以下の実施例によって更に明らかになるであろう。以下の実施例は、本開示の範囲またはその特許請求の範囲を任意の特定の実施形態に限定するものではないことが理解されるべきである。
【００６２】
実施例１
Ｍｇ（０．５）−アダマンタンカルボキシレート塩の合成及び物理的特性決定
Ｍｇ（ＯＨ）２と１−アダマンタンカルボン酸（ＡＣＡ）とを、Ｍｇ２＋対ＡＣＡのモル比１：２を提供する量で混合して、反応混合物を形成し、次いで反応混合物をテフロン（登録商標）内張ステンレス鋼製オートクレーブに移し、反応混合物を１５０℃で２４時間加熱することにより、Ｍｇ−アダマンタン（Ｍｇ−ＡＤ）化合物を水熱合成した。電磁攪拌器で１時間攪拌することによって、反応物質を混合した。得られた生成物、Ｍｇ（０．５）−ＡＣ（式中、０．５はＡＣＡに対するＭｇ２＋の元の混合比を指し、「ＡＣ」はアダマンタンカルボキシレートを指す）を真空ろ過し、多量の水で洗浄し、次いで６５℃で２４時間乾燥した。生成物を、粉末Ｘ線回折（ＰＸＲＤ）、赤外線（ＩＲ）分光法、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、熱重量分析（ＴＧＡ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって特徴決定した。
【００６３】
Ｍｇ（０．５）−ＡＣをＰＸＲＤによって分析した。図１のＰＸＲＤスペクトルは、それぞれ、１５．４１Å、１３．３Å、１１．０Å、９．６Å、及び７．７Åのｄ−間隔に相当する、５．７°、６．６°、８．０°、９．２°、及び１１．５°の２θ角度で一連の基底回折を示した。強い回折は、１５°〜１７°の２θ角度周辺を中心に起こり、２θ範囲３０°〜５０°には、いくつかの低〜中強度の回折が現れた。加えて、２θ範囲５７°〜６０°において、低強度の２つの類似した回折射が起こった。ＰＸＲＤパターンにおけるこれら全ての特徴は、層状構造を有する材料の形成を示す。
【００６４】
Ｍｇ（０．５）−ＡＣを、ＩＲ分光法で更に特徴決定した。図２のＩＲスペクトルは、それぞれ１４１１ｃｍ−１及び１５５０ｃｍ−１で、ＣＯＯ−基の対称及び非対称伸縮振動を示す。２９００ｃｍ−１及び２８４７ｃｍ−１での振動は、アダマンタンカルボキシレートイオンのＣ−Ｈ結合から生じる。３２００ｃｍ−１〜３４００ｃｍ−１の範囲の幅広い振動は、水素結合ヒドロキシルイオンから生じる。約３６００ｃｍ−１での小さな肩部は、非水素結合ヒドロキシルイオンから生じ、反応生成物中の不純物として少量の前駆体Ｍｇ（ＯＨ）２を示すと思われる。１０００ｃｍ−１未満の中強度の振動は、金属−酸素結合の屈曲及び伸縮から生じる。
【００６５】
Ｍｇ（０．５）−ＡＣと出発材料との比較を行い、可能な不純物及び未反応出発物質を調べた。図３は、Ｍｇ（０．５）−ＡＣ、ＡＣＡ、及びＭｇ（ＯＨ）２の重なったＰＸＲＤパターンを示す。Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、ＩＲ分析によっても確認された、出発Ｍｇ（ＯＨ）２から生じる３７．９°での低強度回折を除いた、出発物質のものに相当しない一連の回折を有する。１５°〜１７°の２θ範囲のＡＣＡ（１００％強度）の２つの類似したピークも同様にＭｇ（０．５）−ＡＣにある。ピーク位置及び半値全幅（ＦＷＨＭ）は、ピークがＭｇ（０．５）−ＡＣで１°以上シフトして広がっていることを示す。これは、出発ＡＣＡがＭｇ（０．５）−ＡＣ中に存在する可能性を排除する。
【００６６】
新規に形成されたＭｇ（０．５）−ＡＣの熱分解挙動を、１０℃／分の加熱速度の３０℃〜８００℃のヘリウムガス雰囲気中で熱重量分析（ＴＧＡ）により調べた。Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、図４のプロット（ｂ）に示すように、２段階の質量損失を示す。６０℃付近の５重量％〜６重量％の質量損失は、吸着された水に起因し得る。ＴＧＡは、化合物が４５０℃まで安定であり、４５０℃〜６００℃の範囲でその質量の約８５重量％を損失することを証明する。この範囲の質量損失は、アダマンタンカルボキシレート部分及びヒドロキシルイオンの損失に起因する。残余部分はわずか約１０重量％であり、高度に多孔性のナノスケールＭｇＯの形成を示している。吸着された水の損失を除いて、単一ステップの質量損失は、Ｍｇ（０．５）−ＡＣの単相性を確認する。対照的に、図４のプロット（ａ）に示されるように、開始ＡＣＡは全く異なる熱的挙動を示す。アダマンタンカルボン酸は、１００℃まで安定であり、１２０℃〜３００℃の１ステップで完全に分解されることが見出された。理論に縛られるものではないが、Ｍｇ（０．５）−ＡＣの異常に高い熱安定性は、Ｍｇ２＋−アダマンタンカルボキシレートイオン結合の形成から生じ得ると思われる。
【００６７】
Ｍｇ（０．５）−ＡＣの形態及び性質を、ＳＥＭによって更に特徴決定した。図５Ａ〜図５Ｄの様々な倍率のＭｇ（０．５）−ＡＣのＳＥＭ画像は、層状形態を証明する。これらの層は、数ミクロンの長さと数ナノメートルの厚さの寸法を有する、非常に大きなアスペクト比を有する。これらの層は上下に積み重ねられ、多くの種類の層状固体が有するものに共通の、辺と面の共有接続を持つようには見えない。Ｍｇ（０．５）−ＡＣの辺と面の共有接続が存在しないことは、Ｍｇ（０．５）−ＡＣが容易に剥離されることができることを示し得る。
【００６８】
実施例２
Ｍｇ（０．５）−アダマンタンカルボキシレート塩の分散及び剥離
その物理的特性に基づいて、Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、大きなアスペクト比及び高い熱安定性を有する層状構造であることが見出されている。したがって、Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、様々なナノ複合材のための良好な充填材料になる全ての性質を有すると思われる。様々なポリマーと混和するためのＭｇ（０．５）−ＡＣの適性及び分散液を形成する能力を調べるために、様々な極性及び非極性溶媒を使用した。様々な物理的特性を有する６つの異なる溶媒を使用することによって、分散研究を実行した。様々な溶媒中の生成物の分散研究を、１００ｍＬの様々な溶媒中の１００ｍｇのＭｇ（０．５）−ＡＣに実行して、懸濁液を形成し、これを電磁攪拌器で２４時間撹拌した。研究結果を表１に示す。
【表１】
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【００６９】
Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、水での剥離または何らかの種類の分散を示さず、化合物の疎水性を示している。エタノール等の極性有機溶媒を使用した場合、Ｍｇ（０．５）−ＡＣは３０分以内に分散液を形成した。Ｍｇ（０．５）−ＡＣは１，４−ジオキサンに分散し、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミドで安定なゲルを形成した。Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、広く使用されているテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で安定な分散液を形成することが見出された。これは、Ｍｇ（０．５）−ＡＣが極性有機溶媒で安定な分散液を形成する能力を有し、有機ポリマーと関連する様々なナノ複合材において充填剤として使用できることを示している。一方、Ｍｇ（０．５）−ＡＣは、非極性ペンタンで剥離を示さなかった。
【００７０】
層状固体の剥離は、一般的に、材料化学において非常に重要である。ポリマー系ナノ複合材等の様々なハイブリッド材料において、剥離層が観察されている。剥離層のサイズ及び形状は、ハイブリッド材料の特性を決定する。一般的に、剥離は、ナノメートルの厚さを有するより小さなタクトイドの形成をもたらし、これは続いて材料の表面積を増加させる。同時に、剥離は、層の横方向の寸法を大きく低減し、ポリマーナノ複合材にとって理想的ではない。剥離に関連する剪断力は、層状固体の横方向の寸法を破壊する傾向がある。
【００７１】
剥離されたＭｇ（０．５）−ＡＣコロイド懸濁液を、ＡＦＭによって特徴決定し、剥離の程度を調べた。図６Ａは、Ｍｇ−ＡＣ粒子のコロイド状エタノール懸濁液から除去された、剥離されたＭｇ（０．５）−ＡＣ粒子の選択された領域の位相プロファイルを示す。図６Ｂは、同じ測定におけるピークフォースエラーを示す。図６Ｃは、図６Ａに示された経路に沿って測定された、粒子の高さプロファイルである。剥離された試料は、１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚さと１０μｍ超の横方向の寸法を有する層を示す。これらの寸法は、５００〜１０００のアスペクト比に相当する。
【００７２】
実施例３
Ｍｇ過飽和の相形成及び形態への効果
初期反応混合物の過飽和は、いかなる物質の相形成においても重要な役割を果たす。実施例１で調製されたＭｇ（０．５）−ＡＣは、１：２のＭｇ２＋／ＡＣＡ比を有した。Ｍｇ−アダマンタンカルボキシレート相形成におけるＭｇ２＋／ＡＣＡ比の効果を特徴決定するために、初期反応物質を混合して１：１のＭｇ２＋／ＡＣＡ比を提供する以外は、実施例１に記載のものと同じ合成経路によって、Ｍｇ（１．０）−ＡＣを調製した。このように、実施例１のＭｇ（０．５）−ＡＣと比較して、Ｍｇ２＋のモル分率がより高いＭｇ（１．０）−ＡＣを調製した。
【００７３】
図７のＭｇ（１．０）−ＡＣのＰＸＲＤパターンは、Ｍｇ（０．５）−ＡＣのＰＸＲＤ（図１）と比較して、Ｍｇ−ＡＣに相当する全ての回折を保持する。更に、Ｍｇ（１．０）−ＡＣ  ＰＸＲＤスペクトルは、未反応のＭｇ（ＯＨ）２から生じると思われるいくつかの高強度の回折（＊印が付いている）を示す。Ｍｇ（１．０）−ＡＣ中の未反応の出発物質の出現は、出発物質Ｍｇ（ＯＨ）２及びＡＣＡの化学量論比が、得られたＭｇ−ＡＣ物質が単相物質であるかどうかに影響を与えることを示す。
【００７４】
物質の形態に対するＭｇ２＋／ＡＣＡの効果を確認するために、Ｍｇ（１．０）−ＡＣをＳＥＭで更に特徴決定した。図８Ａ〜８Ｄは、様々な倍率でのＭｇ（１．０）−ＡＣのＳＥＭ画像である。Ｍｇ（１．０）−ＡＣの形態は、Ｍｇ（０．５）−ＡＣのものとは異なって見える。Ｍｇ（１．０）−ＡＣのＳＥＭは、Ｍｇ（０．５）−ＡＣのように大きな層を有する層状形態を示すが、Ｍｇ（１．０）−ＡＣの結晶は、辺と面の共有によって接続されているように見え、砂の花の形態を生じる。したがって、出発反応混合物中のＭｇ２＋及びＡＣＡの濃度を変えることによって、Ｍｇ−ＡＣに異なる形態及び配向を与えることが可能である。Ｍｇ−ＡＣ相に加えて、Ｍｇ（１．０）−ＡＣのＳＥＭはまた、未反応のＭｇ（ＯＨ）２の凝集した特徴のない粒子を示す。これらの形態的差異を考慮して、Ｍｇ（０．５）−ＡＣ及びＭｇ（１．０）−ＡＣの２つの化合物は、異なる挙動を示すことが期待される。
【００７５】
実施例４
マグネシウム源のＭｇ−アダマンタンカルボキシレート塩形成への効果
過飽和と同様に、初期反応物質の性質は、化合物の形成の決定に重要な役割を果たす。この特定の場合、Ｍｇ２＋源は、Ｍｇ−ＡＣ形成における決定要因となり得る。別の実験では、Ｍｇ（ＯＨ）２の代わりにＭｇ源としてＭｇ（ＮＯ３）２を使用し、実施例１のようにＡＣＡと反応させた。
【００７６】
マグネシウム源としてＭｇ（ＮＯ３）２を使用して形成した得られた化合物のＰＸＲＤは、１７．０７Å及び１５．６５Åのｄ−間隔に相当する２つの弱い回折を除いて、ＡＣＡに相当する回折を示す。実施例１のＭｇ（０．５）−ＡＣ及び実施例３のＭｇ（１．０）−ＡＣを形成するために使用された反応混合物中に存在する約９のｐＨとは対照的に、ろ液のｐＨは、約４であることが見出された。１５．６５Åのピークは、Ｍｇ（０．５）−ＡＣで観察されたものと同様であるが、高強度のピークを含む他の回折は存在しない。これは、Ｍｇ−アダマンタンカルボキシレート化合物の形成に対する初期反応物質の性質及びｐＨの重要な役割を示す。
【００７７】
実施例５
Ｍｇ（０．５）−ＡＣ及びＭｇ（１．０）−ＡＣの熱分解によるＭｇＯナノ複合材
か焼すると、Ｍｇ−ＡＣ化合物は炭素に担持されたＭｇＯを生成する。ＭｇＯは塩基性酸化物であり、様々な酸性ガスに対して良好な触媒及び良好な吸着剤である可能性を有する。一般的に、他の技術によって形成または担持されたＭｇＯは、小さな表面積、低い熱安定性、サイクリング時の凝集等の基本的な制限があることが知られている。本明細書に記載のＭｇ−ＡＣ化合物の分解によって形成されたＭｇＯは、分散されたＭｇＯを有するマクロ孔質な炭素／アダマンタン鎖をワンポット合成で生成することによって、これらの制限の一部を克服することが期待される。
【００７８】
実施例１のＭｇ（０．５）−ＡＣを、マッフル炉中の室温から４５０℃までの空気雰囲気中（５℃／分）で熱分解した。図９の得られた材料のＰＸＲＤパターンは、回折が、ＭｇＯの２θでの値の文献値３７．１°、４３．０３°及び６２．２°と一致し、それぞれ２．４２Å、２．１Å及び１．４９Åのｄ−間隔に相当することを示す。約１４°周辺を中心に広がった隆起は、ＭｇＯに起因せず、おそらくアダマンタン部分の長鎖炭素原子に起因すると思われる。
【００７９】
Ｍｇ（０．５）−ＡＣの分解から得られた物質を、更にＳＥＭによって特徴決定した。図１０Ａ〜１０Ｄの様々な倍率の顕微鏡写真では、得られたＭｇＯナノ複合材は、大きな微細孔を有するシート状の形態を有する。このシートは非常に薄く、ミクロンサイズの寸法を有する。このシート状の形態は、この様式でＭｇＯを成長させるための鋳型として作用するアダマンタン部分に起因し、結晶子の凝集も防止することができる。
【００８０】
試料中のアダマンタン／炭素部分の存在を確認するために、ＥＤＸを実行した。試料と基材炭素との干渉を避けるために、シリコンウェハを基材として使用して、ＥＤＸスペクトルを記録した。ＥＤＸスペクトルは、炭素、酸素、及びマグネシウムからのピークを示し、試料中のアダマンタンからの炭素の存在を示している。試料のコーティングに使用したＡｕ／Ｐｄに相当する金からのピークが観察された。試料中の炭素の分布を決定するために、元素マッピングを実行した。元素マッピングは、試料全体にわたってマグネシウム及び酸素と共に、炭素の均一な分布を示した。これは、大きなアスペクト比及び微細孔を有する、担持された金属酸化物を合成する際のアダマンタンの存在及び役割を確認する。
【００８１】
形成されたＭｇＯの結晶子サイズ及び相同定を計算するために、高解像度透過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）を使用した。図１１Ａ及び１１Ｂの明視野ＴＥＭ像は、高い気孔率を有する大きなシート中にＭｇＯを形成することを示す。図１１Ｄの高倍率ＨＲＴＥＭ画像から決定された結晶子の平均サイズは、５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にあることを見出した。図１１Ｃの電子回折パターンは、更に、ＭｇＯ相を確認する。ＭｇＯの反応性は、一般的に、ＭｇＯを形成するために使用されるサイズ、形状、及び合成方法に依存することが知られている。サイズが小さいほど、表面積が大きくなり、相乗的結合がより起こるため、期待される活性及び選択性が向上する。
【００８２】
材料のＭｇ（１．０）−ＡＣも、マッフル炉中の室温から４５０℃までの空気雰囲気中（５℃／分）で熱分解を施した。図１２の得られた物質のＰＸＲＤパターンは、それぞれ、２．１Å及び１．４９Åのｄ−間隔に相当する、４３．０３°及び６２．２５°の２θ角度でのＭｇＯ回折を示した。約１３°の２θ角度でのピークは、ＭｇＯに起因し、熱分解されたＭｇ（０．５）−ＡＣ試料から得られたものに相当するピークよりも大きな強度を有する。１３°付近のピークは、アダマンタン部分の残留炭素に起因すると思われる。
【００８３】
図１４Ａ〜図１４Ｄの様々な倍率での熱分解されたＭｇ（１．０）−ＡＣのＳＥＭは、熱分解されたＭｇ（０．５）−ＡＣとの形態的な差異を示す。Ｍｇ（１．０）−ＡＣでは、アダマンタンからの炭素は、ＭｇＯが長鎖の束として成長するための鋳型として作用したように、ＳＥＭによって見える。この観察は、アダマンタン原子の重合が、ホスト物質の狭い空間に閉じ込められた場合の熱分解で起こることを確認する。Ｍｇ（０．５）−ＡＣ及びＭｇ（１．０）−ＡＣから得られる酸化マグネシウムナノ複合材は、異なる形態及び結晶サイズを有し、したがって異なる特性を示すことが期待される。
【００８４】
複合ゼオライト触媒、その作製方法、それを使用したキシレン作製方法、及びそれを使用したキシレンを作製する系の様々な態様が記載されており、かかる態様は、様々な他の態様と関連して利用され得ると、理解されるべきではない。
【００８５】
第１の態様では、本開示は、マグネシウムアダマンチンカルボキシレート塩の調製方法を提供する。本方法は、マグネシウム塩と、少なくとも１つのカルボン酸部分を有するダイヤモンドイド化合物とを混合して、反応混合物を形成する工程を含む。本方法は、反応温度で反応混合物を反応時間の間水熱処理して、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を形成する工程を更に含む。
【００８６】
第２の態様では、本開示は、マグネシウム塩及びダイヤモンドイド化合物が、０．５：１〜１．０：１の反応混合物中のＭｇ２＋対ダイヤモンドイド化合物の比を提供する量で混合される、第１の態様の方法を提供する。
【００８７】
第３の態様では、本開示は、マグネシウム塩がＭｇ（ＯＨ）２である、第１または第２の態様の方法を提供する。
【００８８】
第４の態様では、本開示は、ダイヤモンドイド化合物が１−アダマンタンカルボン酸である、第１〜第３の態様のいずれかの方法を提供する。
【００８９】
第５の態様では、本開示は、反応温度が１００℃〜１８０℃である、第１〜第４の態様のいずれかの方法を提供する。
【００９０】
第６の態様では、本開示は、反応温度が１４０℃〜１６０℃である、第１の態様〜第４の態様のいずれかの方法を提供する。
【００９１】
第７の態様では、本開示は、反応時間が少なくとも１２時間である、第１〜第６の態様のいずれかの方法を提供する。
【００９２】
第８の態様では、本開示は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩が層状形態を含む、第１〜第７の態様のいずれかの方法を提供する。
【００９３】
第９の態様では、本開示は、層状形態が辺と面の接続を欠く複数の層を含む、第８の態様の方法を提供する。
【００９４】
第１０の態様では、本開示は、層状形態が、５００超のアスペクト比をそれぞれ有する複数の層を含む、第８または第９の態様の方法を提供する。
【００９５】
第１１の態様では、本開示は、ナノ複合材の調製方法を提供する。本方法は、第１〜第１０の態様のいずれか１つの方法に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解して、ナノ複合材を形成する工程を含む。
【００９６】
第１２の態様では、本開示は、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を熱分解することが、マグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩を空気中の分解温度で分解時間の間加熱することを含む、第１１の態様の方法を提供する。
【００９７】
第１３の態様では、本開示は、分解温度が少なくとも４５０℃である、第１２の態様のいずれかの方法を提供する。
【００９８】
第１４の態様では、本開示は、分解時間が少なくとも４時間である、第１２または第１３の態様の方法を提供する。
【００９９】
第１５の態様では、本発明は、ナノ複合材が、炭素担体上に分散された酸化マグネシウム粒子を含む、第１１〜第１４の態様のいずれかの方法を提供する。
【０１００】
第１６の態様では、本開示は、ナノ複合材が微孔性シートの形態を含む、第１１〜第１５の態様のいずれかの方法を提供する。
【０１０１】
第１７の態様では、本開示は、触媒系を提供する。触媒系は、（ａ）第１〜第１０の態様に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）第１１〜第１６のいずれかの態様に従ったナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物を含む。
【０１０２】
第１８の態様では、本開示は、少なくとも１つの第１の反応物質と少なくとも１つの第２の反応物質との間の化学反応を触媒する方法を提供する。本方法は、第１７の態様に従った触媒系の存在下で、少なくとも１つの第１の反応物質と少なくとも１つの第２の反応物質とを反応させることを含む。
【０１０３】
第１９の態様では、本開示は、反応物質の分解を触媒する方法を提供する。本方法は、第１７の態様に従った触媒系の存在下で反応物質を分解することを含む。
【０１０４】
第２０の態様では、本開示は、ポリマー複合材を提供する。ポリマー複合材は、少なくとも１つのポリマーまたはコポリマーと、少なくとも１つのポリマーまたはコポリマーの間に散在させた少なくとも１つの充填材料とを含み、複合材を形成する。少なくとも１つの充填材料は、（ａ）第１〜第１０のいずれかの態様に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）第１１〜第１６のいずれかの態様に従ったナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物から選択される。
【０１０５】
第２１の態様では、本開示は、流体流から化学化合物を除去するための系を提供する。この系は、（ａ）第１〜第１０のいずれかの態様に従って調製されたマグネシウムアダマンタンカルボキシレート塩、（ｂ）第１１〜第１６のいずれかの態様に従ったナノ複合材、または（ｃ）（ａ）及び（ｂ）の混合物から選択される吸着剤を含む。この系は更に容器を含み、その中または上で流体流中の化学化合物が吸着剤と接触する。
【０１０６】
特許請求される主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して、様々な変更及び変形を行うことができることは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、かかる変更及び変形が添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内に入るならば、本明細書に記載の様々な実施形態の変更及び変形を網羅するものである。
【０１０７】
本開示を通して、範囲が提供される。範囲に包含される各離散値も含まれることが想定される。更に、明白に開示された範囲に包含される各離散値によって形成され得る範囲は、等しく想定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【国際調査報告】
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