(57)【要約】  ポリマー及び／又はポリマー複合体の合成のための新しいプロセスが、本明細書で提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーの合成のためのプロセスであって、該プロセスは：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程、
を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
触媒活性の炭素触媒が、黒鉛の酸化型であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
触媒活性の炭素触媒が、酸化グラフェン又は酸化黒鉛であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
触媒活性の炭素触媒が、酸化した炭素含有材料であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
触媒活性の炭素触媒が、約３１５０ｃｍ−１、１６８５ｃｍ−１、１２８０ｃｍ−１、又は１１４０ｃｍ−１で、１以上のＦＴ−ＩＲの特徴により特徴付けられることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
触媒活性の炭素触媒が、不均一触媒であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
触媒活性の炭素触媒が、反応混合物中の分散の際に中性である反応溶液のｐＨを提供することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
触媒活性の炭素触媒が、反応混合物中の分散の際に酸性である反応溶液のｐＨを提供することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
触媒活性の炭素触媒が、反応混合物中の分散の際にアルカリ性である反応溶液のｐＨを提供することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
触媒活性の炭素触媒が、固体支持体上に存在することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
触媒活性の炭素触媒が、固体支持体内に存在することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１２】
触媒活性の炭素触媒が、水酸基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、エポキシド基、過酸化基、ペルオキシ酸基、アルデヒド基、ケトン基、エーテル基、カルボン酸又はカルボキシレート基、過酸化又はヒドロペルオキシド基、ラクトン基、チオラクトン、ラクタム、チオラクタム、キノン基、無水物基、エステル基、炭酸塩基、アセタール基、ヘミアセタール基、ケタール基、ヘミケタール基、アミノ、アミノヒドロキシ、アミナール、ヘミアミナール、カルバミン酸塩、イソシアン酸塩、イソチオシアン酸塩、シアナミド、ヒドラジン、ヒドラジド、カルボジイミド、オキシム、オキシムエーテル、Ｎ−複素環、Ｎ−酸化物、ヒドロキシルアミン、ヒドラジン、セミカルバゾン、チオセミカルバゾン、尿素、イソ尿素、チオ尿素、イソチオ尿素、エナミン、エノールエーテル、脂肪族、芳香族、フェノール、チオール、チオエーテル、チオエステル、ジチオエステル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルトン、スルフィン酸、スルフェン酸、スルフェン酸エステル、スルホン酸、亜硫酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、スルホンアミド、スルホニルハライド、チオシアナート、チオール、チアール、Ｓ−複素環、シリル、トリメチルシリル、ホスフィン、リン酸塩、リン酸アミド、チオリン酸塩、チオリン酸アミド、ホスホン酸塩、亜ホスフィン酸エステル、亜リン酸塩、リン酸エステル、ホスホン酸塩ジエステル、ホスフィンオキシド、アミン、イミン、アミド、脂肪族アミド、芳香族アミド、ハロゲン、クロロ、ヨード、フルオロ、ブロモ、ハロゲン化アシル、フッ化アシル、塩化アシル、酸臭化物、酸ヨウ化物、アシルシアニド、アシルアジド、ケテン、アルファ−ベータ不飽和エステル、アルファ−ベータ不飽和ケトン、アルファ−ベータ不飽和アルデヒド、無水物、アジ化物、ジアゾ、ジアゾニウム、硝酸塩、硝酸エステル、ニトロソ、ニトリル、亜硝酸塩、オルトエステル基、オルトカルボン酸エステル基、Ｏ−複素環、ボラン、ボロン酸、ボロン酸エステルから選択される、複数の官能基を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１３】
転換が、触媒活性の炭素触媒の量に関して触媒的又は化学量論的であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記プロセスが更に、モノマーを共触媒と接触させる工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１５】
共触媒が酸化触媒であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
共触媒がゼオライトであることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
追加の酸化剤をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記プロセスが、無溶媒反応を含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記プロセスが、触媒活性の炭素触媒と接触する１以上のガス状モノマーを含むことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２０】
ポリマーが縮合重合により形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２１】
ポリマーが脱水重合により形成されることを特徴とする、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２２】
ポリマーが脱ハロゲン化水素重合により形成されることを特徴とする、請求項２０に記載のプロセス。
【請求項２３】
ポリマーが付加重合により形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２４】
ポリマーがオレフィン重合により形成されることを特徴とする、請求項２３に記載のプロセス。
【請求項２５】
ポリマーが開環重合により形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２６】
ポリマーがカチオン重合により形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２７】
ポリマーが、酸触媒の重合により形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２８】
ポリマーが酸化重合により形成されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２９】
ポリマー生成物が、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒がほぼ無いポリマー生成物を得るため、更に精製されることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３０】
ポリマー生成物がポリマー複合体であることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３１】
ポリマー複合体が、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒を含むことを特徴とする、請求項３０に記載のプロセス。
【請求項３２】
ポリマー複合体が、１以上の追加の添加剤と更に合成されることを特徴とする、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
追加の添加剤が、準安定のグラフェン、未反応のモノマー、個別の予め形成されたポリマー、又は個別の複合体、或いはそれらの組み合わせであることを特徴とする、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
モノマーが同じものであることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３５】
モノマーが同じものでないことを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３６】
請求項１乃至３５の何れか１つのプロセスによって作られる、ポリマー。
【請求項３７】
ポリマーが、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリシロキサン、エポキシ、又はポリカーボネートであることを特徴とする、請求項３６に記載のポリマー。
【請求項３８】
請求項１乃至３５の何れか１つのプロセスによって作られる、ポリマー複合体。
【請求項３９】
ポリマー複合体が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリシロキサン、エポキシ、及びポリカーボネートから選択されるポリマーを含むことを特徴とする、請求項３８に記載のポリマー複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連技術＞
本出願は、２０１１年２月８日に出願された米国仮特許出願第６１／４４０，５７４号、２０１１年５月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／４８７，５５１号、２０１１年６月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／４９６，３２６号、２０１１年６月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／５０２，３９０号、２０１１年８月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／５２３，０５９号、そして、２０１１年１１月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／５６４，１３５号の利益を主張するものであり、それぞれの出願は、その全体において引用によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
＜連邦政府による委託研究及び資金に関する記載＞
少なくとも本発明の一部は、米国国立科学財団の契約番号ＤＭＲ−０９０７３２４の下で、合衆国政府の支援により行われた。少なくとも本発明の一部は、契約番号Ｆ−１６２１の下で、Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．  Ｗｅｌｃｈ財団からの資金を使用して行われた。
【背景技術】
【０００３】
レドックス反応、水和反応、脱水素反応、縮合反応などのような有機材料変換は、様々な化学触媒によって触媒される。しかしながら、現在利用可能な触媒及び／又は反応法には、費用、毒性、環境上の不適合性、反応生成物からの分離における困難、複合反応の条件、選択性の欠如、官能基との適合性の欠如、及び非能率的な触媒作用のような、多くの欠点がある。
【０００４】
金属触媒の使用には、結果として生じる生成物の金属汚染のような、様々な欠点がある。これは特に、生成物が生体利用、又は金属の存在に敏感な他の用途に向けられる産業における問題である。金属触媒はまた、多くの場合、酸化反応において選択的でなく、また、その多くが、官能基の存在をあまり許容しない。
【発明の概要】
【０００５】
ポリマー及び／又はポリマー複合体の合成のための、広い合成的有用性のある方法とプロセスが、本明細書中に記載される。
【０００６】
１つの態様において、次の工程を含む、ポリマーの合成のためのプロセスが、本明細書中で提供される：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒（ｃａｒｂｏｃａｔａｌｙｓｔ）と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【０００７】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、黒鉛の酸化型である。幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛である。
【０００８】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、酸化した炭素含有材料である。
【０００９】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、約３１５０ｃｍ−１、１６８５ｃｍ−１、１２８０ｃｍ−１、又は１１４０ｃｍ−１で、１以上のＦＴ−ＩＲ特徴によって特徴づけられる。
【００１０】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、不均一触媒である。
【００１１】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、反応混合物中の分散の際に中性である反応溶液のｐＨを提供する。幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、反応混合物中の分散の際に酸性である反応溶液のｐＨを提供する。幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、反応混合物中の分散の際にアルカリ性である反応溶液のｐＨを提供する。
【００１２】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、固体支持体上に存在する。幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、固体支持体内に存在する。
【００１３】
幾つかの実施形態において、触媒活性の炭素触媒は、水酸基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、エポキシド基、過酸化基、ペルオキシ酸基、アルデヒド基、ケトン基、エーテル基、カルボン酸又はカルボキシレート基、過酸化又はヒドロペルオキシド基、ラクトン基、チオラクトン、ラクタム、チオラクタム、キノン基、無水物基、エステル基、炭酸塩基、アセタール基、ヘミアセタール基、ケタール基、ヘミケタール基、アミノ、アミノヒドロキシ、アミナール、ヘミアミナール、カルバミン酸塩、イソシアン酸塩、イソチオシアン酸塩、シアナミド、ヒドラジン、ヒドラジド、カルボジイミド、オキシム、オキシムエーテル、Ｎ−複素環、Ｎ−酸化物、ヒドロキシルアミン、ヒドラジン、セミカルバゾン、チオセミカルバゾン、尿素、イソ尿素、チオ尿素、イソチオ尿素、エナミン、エノールエーテル、脂肪族、芳香族、フェノール、チオール、チオエーテル、チオエステル、ジチオエステル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルトン、スルフィン酸、スルフェン酸、スルフェン酸エステル、スルホン酸、亜硫酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、スルホンアミド、スルホニルハライド、チオシアナート、チオール、チアール、Ｓ−複素環、シリル、トリメチルシリル、ホスフィン、リン酸塩、リン酸アミド、チオリン酸塩、チオリン酸アミド、ホスホン酸塩、亜ホスフィン酸エステル、亜リン酸塩、リン酸エステル、ホスホン酸塩ジエステル、ホスフィンオキシド、アミン、イミン、アミド、脂肪族アミド、芳香族アミド、ハロゲン、クロロ、ヨード、フルオロ、ブロモ、ハロゲン化アシル、フッ化アシル、塩化アシル、酸臭化物、酸ヨウ化物、アシルシアニド、アシルアジド、ケテン、アルファ−ベータ不飽和エステル、アルファ−ベータ不飽和ケトン、アルファ−ベータ不飽和アルデヒド、無水物、アジ化物、ジアゾ、ジアゾニウム、硝酸塩、硝酸エステル、ニトロソ、ニトリル、亜硝酸塩、オルトエステル基、オルトカルボン酸エステル基、Ｏ−複素環、ボラン、ボロン酸、ボロン酸エステルから選択された複数の官能基を有する。
【００１４】
幾つかの実施形態において、転換は、触媒活性の炭素触媒の量に関して、触媒的又は化学量論的である。
【００１５】
幾つかの実施形態において、そのプロセスはさらに、モノマーを共触媒と接触させる工程を含む。幾つかの実施形態において、共触媒は酸化触媒である。幾つかの実施形態において、共触媒はゼオライトである。
【００１６】
幾つかの実施形態において、そのプロセスはさらに、追加の酸化剤を含む。
【００１７】
幾つかの実施形態において、そのプロセスは、無溶媒反応を含む。
【００１８】
幾つかの実施形態において、そのプロセスは、触媒活性の炭素触媒に接触する、１以上のガス状モノマーを含む。
【００１９】
幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは縮合重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは脱水重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは脱ハロゲン化水素重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは付加重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーはオレフィン重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは開環重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーはカチオン重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは酸触媒の重合によって形成される。幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマーは酸化重合によって形成される。
【００２０】
幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスから得られたポリマー生成物は、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒がほぼ無いポリマー生成物を得るために、さらに精製される。
【００２１】
幾つかの実施形態において、上記又は下記の任意のプロセスのために、ポリマー生成物は、ポリマー複合体である。そのような実施形態の幾つかの実施形態において、ポリマー複合体は、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒を含む。そのような実施形態の幾つかの実施形態において、ポリマー複合体は、１以上の追加の添加剤と更に合成される。幾つかの実施形態において、追加の添加剤は、準安定のグラフェン、未反応のモノマー、個別の予め形成されたポリマー、又は個別の複合体、或いはそれらの組み合わせである。
【００２２】
幾つかの実施形態において、上記又は本明細書で記載される任意のプロセスのために、モノマーは同じものである。幾つかの他の実施形態において、上記又は本明細書で記載される任意のプロセスのために、モノマーは同じものではない（例えば、ポリマー生成物は、コポリマーである）。
【００２３】
上記又は本明細書に記載される任意のプロセスによって作られたポリマーが、本明細書中で提供される。幾つかの実施形態において、ポリマーは、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリシロキサン、エポキシ、又はポリカーボネートである。
【００２４】
また、上記又は本明細書に記載される任意のプロセスによって作られたポリマー複合体が本明細書中で提供される。幾つかの実施形態において、ポリマー複合体は、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリシロキサン、エポキシ、及びポリカーボネートから選ばれたポリマーを含む。
【００２５】
１つの態様において、縮合重合のためのプロセスが本明細書中で提供され、該プロセスは次の工程を含む：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【００２６】
１つの態様において、付加重合のためのプロセスが本明細書中で提供され、該プロセスは次の工程を含む：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【００２７】
１つの態様において、開環重合のためのプロセスが本明細書中で提供され、該プロセスは次の工程を含む：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【００２８】
１つの態様において、酸化重合のためのプロセスが本明細書中で提供され、該プロセスは次の工程を含む：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【００２９】
１つの態様において、カチオン重合のためのプロセスが本明細書中で提供され、該プロセスは次の工程を含む：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【００３０】
１つの態様において、脱水重合のためのプロセスが本明細書中で提供され、該プロセスは次の工程を含む：
（ａ）モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、
（ｂ）ポリマー生成物と、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するために、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程。
【００３１】
上記の任意のプロセスのために、１つの実施形態において、混合物はさらに、分離された生成物に、使用済み又は部分的に使用済みの炭素触媒がほぼないように修飾される（例えば、濃縮され、濾過され、精製されるなど）。上記の任意のプロセスのために、異なる実施形態において、混合物はさらに、分離された生成物がポリマー及び炭素触媒、使用済み炭素触媒又は部分的に使用済みの炭素触媒、或いはそれらの組み合わせを含むポリマー複合体であるように、修飾される（例えば、濃縮され、濾過され、精製されるなど）。そのような実施形態のうちのいくつかにおいて、複合体は随意に、本明細書中に記載されるようにさらに合成される。
【００３２】
＜引用による組み込み＞
本明細書中で言及された全ての出版物、特許、及び特許出願は、あたかも個々の出版物、特許又は特許出願がそれぞれ、引用によって組み込まれることが具体的に、及び個別に示されるかのように、同じ程度の引用によって本明細書中で組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲で詳細に説明される。本発明の特徴及び利点へのよりよい理解は、本発明の法則が利用される例となる実施形態を説明する、以下の詳細な説明及び添付図面への言及を参照することによって得られであろう：
【図１】開示された方法において使用され得る、１つの酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒の例を示す。
【図２】調製されたままの酸化黒鉛のサンプル上で行われる、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を示す。
【図３】（３枚のパネル）は、本開示の実施形態に従い、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒を使用する重合反応を示す。図３のＡは、酸触媒の重合を示す。図３のＢは、脱水重合を示す。図３のＣは、酸化重合を示す。
【図４】本開示の実施形態に従い、酸化グラフェン又は酸化黒鉛を使用する、重合反応の例示的な反応スキームを示す。
【図５】本開示の実施形態に従い、炭素触媒を有するリアクターを含むシステムを、概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜発明の詳細な説明＞
ポリマーは、産業適用の広い範囲で使用される。本明細書中に記載されるのは、本明細書で記載される炭素触媒の使用を含む、ポリマーの合成のための新しい方法である。
【００３５】
重合のために現在利用可能な触媒、及び／又は反応方法には、費用、毒性、環境上の不適合性、反応生成物からの分離における困難、複合反応の条件、選択性の欠如、官能基との適合性の欠如、可変多分散性、及び／又は分子量のような、多くの欠点が存在する。
【００３６】
本明細書中に記載されるポリマー合成の方法は、改善された電子的、光学的、力学的、障壁の、及び／又は熱的特性による、ポリマー及びポリマー複合体の合成を可能とする。幾つかの例において、本明細書中に記載される重合の方法は、よりよい重合収率、副産物及び／又は反応物（例えば、モノマー）及び／又は試薬による汚染の減少、低い多分散性指数、及び／又はポリマーにおける分子量又は鎖長或いは鎖分岐の改善された制御を提供する。さらなる例において、本明細書中に記載されるポリマー合成の方法は、線形ブロックのコポリマー、環状、櫛形、星形、ブラシ形のポリマー及び／又はデンドリマーのような、複雑な構造のポリマーの設計に適している。
【００３７】
幾つかの例において、本明細書中に記載される、ポリマー合成の炭素触媒を媒介とした方法は、例えば実施例１０で記載されるような合成の他の方法と比較して、改善された電子特性を備えたポリマー又はポリマー複合体を産出する。そのような実施形態のうちのいくつかにおいて、ポリマー又はポリマー複合体の生成物は、ポリマーにわたってほぼ一定の還元性を有しており、ポリマーの電子特性を増強する。幾つかの例において、本明細書中に記載される、ポリマー合成の炭素触媒を媒介とした方法は、例えば実施例６に記載されるような合成の他の方法と比較して、改善された力学的な及び／又は熱的特性を備えたポリマー又はポリマー複合体を産出する。そのような実施形態のうちのいくつかにおいて、ポリマー又はポリマー複合体の生成物は、未反応のモノマーがほぼなく、及び／又はより低い多分散性（例えば、ほぼ一定の鎖長）を有する。
【００３８】
本明細書中に記載される、炭素触媒を媒介とした反応は、多くの異なる方法でポリマー合成を促進する。例えば、１つの事例において、ポリマーは追加反応によって形成され、そこでは、多くのモノマーが、任意の原子又は分子を損失することなく、結合の転位を介して、ともに結合する。例えば、実施例７乃至１０は、特定のオレフィン重合について記載する。
【００３９】
別の例において、ポリマーは縮合反応によって形成され、その反応では、分子（例えば、水）が各モノマーの縮合中に失われる。例えば、実施例６は、特定の脱水重合について記載する。
【００４０】
また別の例において、ポリマーは、開環重合によって合成される（例えば、ポリ［酸化エチレン］は、酸化エチレン環を開くことにより形成される）。例えば、実施例１１乃至１４は、特定の開環重合について記載する。
【００４１】
上記の実施形態のうちのいずれかにおいて、ポリマー生成物は随意に、本明細書に記載されるように、グラフェン、ＧＯ、及び／又は他の炭素充填剤又は非炭素充填剤を含むポリマー複合体にさらに合成される。例えば、実施例６乃至１４は、特定のポリマー複合体の特性について記載する。
【００４２】
＜定義＞
用語「触媒」は、本明細書中で使用されるように、１以上の化学反応を促進する物質又は種を指す。触媒は、例えば表面部分（例えば、ＯＨ基、エポキシド、アルデヒド、カルボン酸）のように、化学反応を促進するための１以上の反応活性部位を含む。用語「触媒」は、酸化反応又は重合反応のような化学反応を促進する、酸化グラフェン、酸化黒鉛、又は他の炭素及び酸素含有材料を含む。幾つかの状況で、触媒は反応生成物及び／又は副産物に組み込まれる。一例として、重合反応を促進するための酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒は、反応において形成されたポリマーのポリマーマトリクスに、少なくとも部分的に組み込まれる。
【００４３】
用語「炭素触媒」は、本明細書中で使用されるように、黒鉛、酸化黒鉛、グラフェン、酸化グラフェン、又は有機或いは無機の材料の変換又は合成、或いはモノマーのサブユニット（本明細書中では「モノマー」でもある）の重合に密接に関連する炭素材料を含む触媒を指す。幾つかの実施形態において、本明細書中で使用されるような炭素触媒は、黒鉛、酸化黒鉛、グラフェン、炭素によって活性化される酸化グラフェン、又はそれらの組み合わせのような炭素材料を含む。幾つかの実施形態において、本明細書中で使用されるような炭素触媒は、黒鉛、酸化黒鉛、グラフェン、炭素で活性化される酸化グラフェン、木炭、カーボンナノチューブ、及び／又はフラーレン、或いはそれらの組み合わせのような炭素材料を含む。
【００４４】
用語「使用済み触媒」又は「使用済み炭素触媒」は、本明細書中で使用されるように、生成物を生成するために反応物に曝露された触媒を指す。幾つかの状況で、使用済み触媒は、化学反応を促進することができない。使用済み触媒は、新しく生成された触媒（本明細書中では「フレッシュ触媒」でもある）に関して、還元された活性を有する。使用済み触媒は、部分的に又は全体的に、非活性化され又は使い切られる。いくつかの場合において、そのような還元された活性が、反応活性部位の数における減少に帰着される。
【００４５】
用語「不均一触媒」又は「不均一炭素触媒」は、本明細書中で使用されるように、化学的な変換を促進するように構成される固相種を指す。不均一触媒において、不均一触媒の位相は、一般に反応物の位相と異なる。不均一触媒は、固体支持体上に、触媒活性材料を含む。幾つかの場合において、支持体が触媒的に活性又は不活性である。幾つかの状況で、触媒活性材料及び固体支持体はまとめて、「不均一触媒」（或いは「触媒」）として称される。
【００４６】
用語「固体支持体」は、本明細書中で使用されるように、触媒（例えば、炭素触媒）のような、触媒活性材料を保持又は支持するための支持構造を指す。幾つかの場合において、固体支持体は、化学反応を促進しない。しかしながら、他の場合において、固体支持体は化学反応に加わる。
【００４７】
用語「初期触媒」或いは「初期炭素触媒」は、本明細書中で使用されるように、触媒を形成するために使用される物質又は材料を指す。初期触媒は、追加のプロセス、又は化学的及び／又は物理的な修飾又は変換などの際に、触媒として作用する潜在性を有する種として特徴づけられる。
【００４８】
用語「表面」は、本明細書中で使用されるように、液体と固体、気体と固体、固体と固体、又は液体と気体の間の境界を指す。表面上の種は、液体、固体又は気体の相中の種に関して、自由度を減少させた。
【００４９】
用語「酸化グラフェン」は、本明細書中で使用されるように、触媒活性の酸化グラフェンを指す。
【００５０】
用語「酸化黒鉛」は、本明細書中で使用されるように、触媒活性の酸化黒鉛を指す。
【００５１】
用語「ポリマー」は、共有結合したモノマーを指す。ポリマーに含まれる共有結合したモノマーの数は変化し、本明細書中で示される実施形態の範囲内に含まれる。１つの実施形態において、ポリマーはオリゴマーであってもよい。別の実施形態において、ポリマーは無制限のモノマーを含む。さらなる実施形態において、ポリマーは、二量体、三量体、四量体などであってもよい。さらなる実施形態において、ポリマーは、少なくとも２５−ｍｅｒ、５０−ｍｅｒ又は１００−ｍｅｒである。１つの実施形態において、ポリマーは、同じモノマーを含む。別の実施形態において、ポリマーは異なるモノマー（例えば、コポリマー）を含む。異なるモノマーは、任意のシーケンス（例えば、繰り返し、ランダム、縦列反復など）におけるコポリマーに提供されてもよい。さらなる実施形態において、用語ポリマーは、ブロック共重合体を包含する。
【００５２】
用語「ポリマー複合体」は、上記及び本明細書中に記載されるように、少なくとも１つの構成成分がポリマーである、１を超える構成成分を含む材料を指す。１つの実施形態において、本明細書中に記載されるポリマー複合体は、本明細書中に記載されるようなポリマー、及びポリマーマトリクス中で分散される１以上の追加の構成成分を含む。
【００５３】
例えば、１つの実施形態において、本明細書中に記載されるポリマー複合体は、ポリマーマトリクス内に分散した炭素触媒と共に、本明細書中に記載される反応から得られたポリマー生成物を含む。別の実施形態において、本明細書中に記載されるポリマー複合体は、本明細書中に記載されるようなポリマー、及び本明細書中に記載されるような使用済み炭素触媒である、追加の構成成分を含む。また別の実施形態において、本明細書中に記載されるポリマー複合体は、上記のようなポリマー、及び本明細書中に記載される部分的に使用済みの炭素触媒である、追加の構成成分を含む。
【００５４】
さらなる実施形態において、本明細書中に記載されるポリマー複合体は、上記のようなポリマー又はポリマー複合体、及び例えば、グラフェン、準安定のグラフェン、炭素粒子、ゼオライト、金属、追加のポリマー又はコポリマーなどのような、さらに追加の構成成分を含む。
【００５５】
用語「電子求引性基」は、化学反応中心から負電荷を求引することにより、近くの化学反応中心に作用する静電力を修飾する化学置換基を指す。したがって、電子求引性基は、電子を反応中心から引き離す。実施例は、ニトロ、ハロ（例えば、フルオロ、クロロ）、ハロアルキル（例えば、トリフルオロメチル）、ケトン、エステル、アルデヒド及びその他同種のものを含むが、これらに限定されない。
【００５６】
用語「電子供与性基」は、化学反応中心で負電荷を増加させることにより、近くの化学反応中心に作用する静電力を修飾する化学置換基を指す。したがって、電子供与性基は、反応中心で電子密度を増加させる。実施例は、アルキル、アルコキシ、アミノの置換基を含むが、これらに限定されない。
【００５７】
現在、商業的に利用可能な、化学反応を触媒する方法に関連する様々な制限が、本明細書中で認識される。例えば、遷移金属ベースの触媒は、商業上実現可能な反応割合を供給し得る一方、金属触媒の使用には、結果として生じる生成物の金属汚染のような様々な欠点がある。これは、生成物が保健用又は生体利用、或いは金属の存在に敏感な他の用途に向けられる産業において、特に問題である。金属触媒の別の欠点は、金属触媒が典型的に酸化反応において選択性ではなく、また反応物中の官能基の存在を許容し得ないということである。本明細書で認識される、金属ベースの触媒の欠点を示す別の例のように、遷移金属ベースの触媒は、製造するのが高価であるかもしれず、また、そのような触媒を使用するプロセスには、かなりの立ち上げ費用及び維持費があるかもしれない。
【００５８】
従って、既存の触媒の１以上の欠点を克服し、広範囲の初期反応又は出発材料を使用する、様々な化学反応を触媒することができる、広域スペクトルの触媒に対する必要性がある。
【００５９】
不均一なワークアップの利便性とともに、無金属の合成の利点を組み合わせる炭素触媒の使用に関する、有機変換のプロセスが本明細書中に記載される。有利に、多用途の炭素触媒、及び本明細書中に記載されるそのような炭素触媒を利用するプロセスは、様々な有機反応に適用可能であって、該有機反応は、これらに限定されないが、酸化、還元、脱水素、水和、付加反応（例えば、アルカン又はアルケンのカップリング）、及び／又は縮合（例えば、アルドール反応）などを含む。本開示の方法はまた、製薬、電解有機材料、航空宇宙適用などのような、多様な分野における適用を有していてもよい。
【００６０】
非常に豊富な数の可能な化学重合反応を触媒する、様々な炭素ベースの材料の能力は従来、詳しく調査されてこなかった。現在まで、そのような努力は、遷移金属ベースの触媒の活動を増強するための、炭素ベースの材料に本来備わっている、比較的に高表面積の開発に依存していた。例えば、金属触媒は、そのような材料の高表面積を活用し、そして遷移金属ベースの触媒の活動を増強するために、グラフェンベースの材料に置かれた。幾つかの例において、パラディウム（Ｐｄ）及びプラチナ（Ｐｔ）のような金属が、触媒を形成するために、酸化グラフェン材料に置かれた場合、触媒活性は、Ｐｔ又はＰｄ、或いは金属と酸化グラフェン材料の組み合わせに起因する。対照的に、本明細書中に記載される炭素触媒は、Ｐｔ又はＰｄのような遷移金属がなく、そして、その反応は炭素触媒によって触媒される。例えば、Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎａｔｔａ触媒は、重合反応において使用される。しかしながら、そのようなチタン又はバナジウムベースの触媒は、製造プロセス中における商品のコストを増加させる。
【００６１】
本明細書中に記載される炭素触媒、及び炭素触媒の使用に関するプロセスは、別の面では生産するのが難しいか、法外に高価であろう、多くの産業上及び商業上重要な大量の化学薬品の合成に有用である。さらに、有機材料に関する幾つかの有用な化学反応は、利用可能な触媒を有さず、したがって、過度に遅いか、高価である。幾つかの実施形態において、本明細書中で提供される炭素触媒は、そのような以前に扱いにくい化学的性質へのアクセスを提供する。本明細書中に記載される広域スペクトルの触媒は、様々な初期生成物（出発材料）を使用して、様々な化学反応を触媒し、他の触媒及び／又は反応に代わる、無毒な代替物を提供することができる。広域スペクトル触媒、及び本明細書中で提供されるような触媒を使用する方法は、既存の触媒及び／又はプロセスの１以上の欠点を克服する。
【００６２】
＜炭素触媒＞
ある態様において、本明細書中に記載される炭素含有触媒は、重合反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）のような化学反応を促進するように構成される。幾つかの実施形態において、炭素含有触媒は、不均一触媒を含む、触媒活性の酸化グラフェン、酸化黒鉛又は他の炭素及び酸素含有触媒である。幾つかの状況で、炭素含有触媒は、酸化グラフェン触媒又は酸化黒鉛触媒である。
【００６３】
＜触媒活性の炭素触媒を調製する方法＞
１つの態様において、本明細書中に記載される反応に適した炭素触媒は、黒鉛（例えば、グラフェン又は酸化黒鉛ベースの触媒）の酸化型である。本開示において触媒として使用されるグラフェン又は酸化黒鉛は、既知の方法を使用して生成される。例えば、グラフェン又は酸化黒鉛は、Ｗ．Ｓ．Ｈｕｍｍｅｒ  Ｊｒ．Ｒ．  Ｅ．Ｏｆｆｅｍａｎ、Ｊ．ＡｍＣｈｅｍ．Ｓｏｃ．８０：１３３９（１９５８）及びＡ．Ｌｅｒｆ，ｅｔ  ａｌ．Ｊ．ＰｈｙｓＣｈｅｍ．Ｂ  １０２：  ４４７７−４４８２（１９９８）に記載されるように、濃縮した硫酸中でＫＭｎＯ４及びＮａＮＯ３を使用する、黒鉛の酸化によって生成され、両方の文献は、引用によって本明細書の材料部分に組み込まれる。グラフェン又は酸化黒鉛もまた、Ｌ．Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ、Ｂｅｒ．ＤｔｓｃｈＣｈｅｍ．Ｇｅｓ．３１：１４８１−１４８７（１８９８）；  Ｌ．  Ｓｔｕａｄｅｎｍａｉｅｒ，Ｂｅｒ．ＤｔｓｃｈＣｈｅｍ．Ｇｅｓ．３２：１３９４−１３９９（１８９９）；  Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，  ｅｔ  ａｌ．Ｃａｒｂｏｎ  ４４：  ５３７−５３８（２００６）に記載されるように、Ｈ２ＳＯ４中でＮａＣｌＯ３を使用し、ＨＮＯ３をいぶして、黒鉛を酸化することによって生成されてもよく、すべての文献は、引用によって本明細書の材料部分に組み込まれる。グラフェン又は酸化黒鉛もまた、Ｂｒｏｄｉｅ反応によって調製されてもよい。
【００６４】
幾つかの実施形態において、発生期の触媒から触媒活性の酸化グラフェン又は触媒活性の酸化黒鉛の触媒を形成する方法は、発生期の触媒を反応チャンバ（又は「反応容器」）へ提供する工程を含み、発生期の触媒は、固体支持体上にグラフェン又は黒鉛を含む。次に、発生期の触媒は、反応チャンバ内で高い温度にまで熱せられる。その後、発生期の触媒は、化学的酸化剤と接触する。
【００６５】
幾つかの実施形態において、化学的酸化剤は、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、有機過酸化物、過酸、ルテニウム含有種（例えば、過ルテニウム酸テトラプロピルアンモニウム又は他の過ルテニウム酸塩）、鉛含有種（例えば、四酢酸鉛）、クロム含有種（例えば、酸化クロム又はクロム酸）、ヨウ素含有種（例えば、過ヨウ素酸塩）、硫黄含有オキシダント（例えば、ペルオキシ一硫酸カリウム又は二酸化硫黄）、分子酸素、オゾン、塩素含有種（例えば、塩素酸塩又は過塩素酸塩又は次亜塩素酸塩）、過ホウ酸ナトリウム、窒素含有種（例えば、亜酸化窒素又は四酸化二窒素）、銀含有種（例えば、酸化銀）、オスミウム含有種（例えば、四酸化オスミウム）、２，２’−ジピリジルジスルフィド、セリウム含有種（例えば、硝酸セリウムアンモニウム）、ベンゾキノン、デス・マーチン・ペルヨージナン、メタクロ濾過安息香酸、モリブデン含有種（例えば、酸化モリブデン）、Ｎ−オキシド（例えば、ピリジンＮ−オキシド）、バナジウム含有種（例えば、酸化バナジウム）、（２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１―イル）オキシダニル（ＴＥＭＰＯ）、又は鉄含有種（例えば、フェリシアン化カリウム）から成る群から選択された、少なくとも１以上の材料を含む。
【００６６】
他の実施形態において、化学的酸化剤は、酸素含有化学薬品のプラズマ励起種である。実施例において、化学的酸化剤は、Ｏ２、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ、ＮＯ２又は他の化学的酸化剤のプラズマ励起種を含む。そのような場合に、反応チャンバ内の発生期の触媒は、少なくとも約０．０１秒、又は０．１秒、又は１秒、又は１０秒、又は３０秒、又は１分、又は５分、又は１０分、又は１５分、又は２０分、又は３０分、又は１時間、又は２時間、又は３時間、又は４時間、又は５時間、又は６時間、又は１２時間、又は１日、又は２日、又は３日、又は４日、又は５日、又は６日、又は１週間、又は２週間、又は３週間、又は１か月、又は２か月、又は３か月、又は４か月、又は５か月、又は６か月の時間の予め決定された時間などの間で、酸素含有化学薬品のプラズマ励起種と連続的に接触する。或いは、反応チャンバ内の発生期の触媒は、少なくとも約０．１秒、又は１秒、又は１０秒、又は３０秒、又は１分、又は１０分、又は３０分、又は１時間、又は２時間、又は３時間、又は４時間、又は５時間、又は６時間、又は１２時間、又は１日、又は２日、又は３日、又は４日、又は５日、又は６日、又は１週間、又は２週間、又は３週間、又は１か月、又は２か月、又は３か月、又は４か月、又は５か月、又は６か月の持続期間を有するパルスのような、パルス内の酸素含有化学薬品のプラズマ励起種と接触する。幾つかの状況で、発生期の触媒は、約０．１秒と１００日の間の時間、化学的酸化剤に曝露される。
【００６７】
幾つかの状況において、発生期の触媒は、化学的酸化剤への曝露の間に加熱される。実施例において、発生期の触媒は、約２０℃と３０００℃、又は２０℃と２０００℃、又は約１００℃と２０００℃の間の温度で加熱される。
【００６８】
或いは、発生期の触媒から触媒活性の酸化グラフェン又は触媒活性の酸化黒鉛の触媒を形成する方法は、グラフェン又は黒鉛を含む発生期の触媒を、反応チャンバへ提供する工程を含む。反応チャンバは、１以上の発生期の触媒を保持するための保持器又はサセプタ（ｓｕｓｃｅｐｔｏｒ）を有する。次に、発生期の触媒は、１以上の酸と接触する。幾つかの場合において、１以上の酸が硫酸を含む。幾つかの場合において、発生期の触媒は、１以上の酸と発生期の触媒が接触する前に、過硫酸カリウムで前処理される。次に、発生期の触媒は、化学的酸化剤と接触する。次に、発生期の触媒は、過酸化水素と接触する。
【００６９】
別の代案として、発生期の触媒から、触媒活性の酸化グラフェン又は触媒活性の酸化黒鉛の触媒を形成する方法は、グラフェン又は黒鉛を含む発生期の触媒を反応チャンバへ提供する工程を含む。次に、発生期の触媒は、１以上の酸と接触する。幾つかの場合において、発生期の触媒は、発生期の触媒が１以上の酸と接触する前に、過硫酸カリウムで前処理される。幾つかの場合において、１以上の酸は、硫酸及び硝酸を含む。その後、発生期の触媒は、塩素酸ナトリウム、塩素酸カリウム、及び／又は過塩素酸カリウムと接触する。
【００７０】
幾つかの実施形態において、炭素触媒を形成する方法は、反応チャンバ内の炭素含有材料を提供する工程、及び反応チャンバ内の炭素含有材料と酸化化学薬品（本明細書中で「化学的酸化剤」でもある）とが、炭素含有材料の炭素と酸素の比率が、約１，０００，０００対１未満又はこれと等しくなるまでの、予め定められた期間、接触させる工程を含む。幾つかの場合において、その比率が、ＸＰＳのような元素分析を介して測定される。幾つかの実施形態において、そのような炭素と酸素の比率を達成するのに十分な時間は、少なくとも約０．１秒、又は１秒、又は１０秒、又は３０秒、又は１分、又は１０分、又は３０分、又は１時間、又は２時間、又は３時間、又は４時間、又は５時間、又は６時間、又は１２時間、又は１日、又は２日、又は３日、又は４日、又は５日、又は６日、又は１週間、又は２週間、又は３週間、又は１か月、又は２か月、又は３か月、又は４か月、又は５か月、又は６か月である。幾つかの場合に、炭素含有材料は、炭素と酸素の比率が、元素分析によって予め測定されたように、約５００，０００対１、又は１００，０００対１、又は５０，０００対１、又は１０，０００対１、又は５，０００対１、又は１，０００対１、又は５００対１、又は１００対１、又は５０対１、又は１０対１、又は５対１、又は１対１未満又はこれと等しくなるまで、化学的酸化剤と接触する。
【００７１】
代案として、酸化し、そして触媒活性の黒鉛、或いは酸化し、触媒活性のグラフェンを形成する方法は、反応チャンバ内の黒鉛又はグラフェンを提供する工程、及び、黒鉛又はグラフェンの赤外線分光法スペクトルが、約３１５０ｃｍ−１、１６８５ｃｍ−１、１２８０ｃｍ−１、又は１１４０ｃｍ−１で１以上のＦＴ−ＩＲ特徴を示すまで、黒鉛又はグラフェンを酸化化学薬品と接触させる工程を含む。
【００７２】
幾つかの実施形態において、炭素触媒のような使用済み触媒を再生成する方法は、反応チャンバ又は容器内の使用済み触媒を提供する工程、及び化学的酸化剤と使用済み触媒とを接触させる工程を含む。幾つかの場合において、化学的酸化剤は、上記の群から選ばれた１以上の材料を含む。他の場合において、化学的酸化剤は、酸素含有化学薬品のプラズマ励起種である。実施例において、化学的酸化剤は、Ｏ２、Ｈ２Ｏ２、ＮＯ、ＮＯ２、又は他の化学的酸化剤のプラズマ励起種を含む。幾つかの実施形態において、上記のように、使用済み触媒は、化学的酸化剤と連続的に、又はパルスの中で接触する。使用済み触媒を化学的酸化剤と接触させることで、触媒活性材料を有する炭素触媒を生成する。実施例において、グラフェン又は黒鉛（或いは他の炭素含有の及び酸素欠乏の材料）で覆われた使用済み触媒を接触させることで、触媒活性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛の層を形成する。
【００７３】
また、ＰＣＴ国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／３８３２７に記載されるような触媒活性のグラフェン又は酸化黒鉛の調製の他の方法が、本開示の範囲で熟慮され、その開示は、引用によって本明細書中に組み込まれる。
【００７４】
本明細書中に記載される触媒活性のグラフェン又は酸化黒鉛の触媒反応の利点は、炭素触媒が不均一であるということ、つまり、炭素触媒は反応混合物に溶解しないということである。アルコール、アルデヒド、アルキン、メチルケトン、オレフィン、メチルベンゼン、チオール、及び二置換のメチレンのような多くの出発材料、及びそれらの反応生成物は、広範囲の有機溶媒において可溶性である。そのような溶解された出発材料を含む化学反応において、グラフェン又は酸化黒鉛は、化学反応全体にわたる懸濁固形物として残る。前述の方法のうちのいくつかにおいて、グラフェン又は酸化黒鉛は、濾過、遠心分離、沈降又は他の適切な機械的分離技術のような、単純な機械的な方法を使用して除去され、触媒を取り除くためのクロマトグラフィー又は蒸留のような、より複雑な技術の必要性を除外する。
【００７５】
触媒反応の後、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、異なる化学形、又は同じ化学形にある。例えば、１つの実施形態において、本明細書中に記載される反応は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛のゆっくりとした還元又は脱酸素、及び官能基の損失をもたらす。触媒作用の後に残る、この変更された酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、他の用途に置かれ、又は再生成される。例えば、触媒反応の後、グラフェン又は酸化黒鉛は、還元型にある。この材料は、グラフェン又は黒鉛に非常に類似し、グラフェン又は黒鉛の目的のために、単に使用されてもよい。例えば、還元された酸化グラフェンは、エネルギー蓄積装置又は電界効果トランジスターで使用される。或いは、還元されたグラフェン又は酸化黒鉛は再酸化し、グラフェン又は酸化黒鉛の触媒を再生成する。さらなる実施形態において、反応の後、反応で使用されるグラフェン又は酸化黒鉛は、インサイツ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）で再生成され、反応の開始時と、同じ型にある。再酸化方法は、Ｈｕｍｍｅｒｓ、Ｓｔａｕｄｅｎｍａｉｅｒ、又はＢｒｏｄｉｅ酸化のように、もともと、グラフェン又は酸化黒鉛の触媒を生成するために使用されるものと同じである。したがって、本明細書中に記載される炭素触媒は、金属ベースの触媒の経済的代替物を提供する。
【００７６】
発明の幾つかの実施例において、本明細書に記載される炭素触媒は、酸化及び／又は重合反応を伴う使用のために構成される。そのような炭素触媒は、遷移金属ベースの触媒の反応速度までの反応速度、及びそれを超えることさえも可能にするが、遷移金属ベースの触媒の使用に関連する汚染問題を、排除しないまでも、減少させることを可能にする。
【００７７】
１つの実施形態において、本明細書中に記載される任意の変換に、触媒として使用される炭素触媒は、１以上の酸素含有官能性を含む、触媒活性のグラフェン又は酸化黒鉛である。例示的なグラフェン又は酸化黒鉛の触媒は、図１に示される。特定の実施形態において、本明細書中に記載されるグラフェン又は酸化黒鉛ベースの炭素触媒は、１以上のアルコール、エポキシド又はカルボン酸を含む。幾つかの状況で、少なくとも幾つかの酸素含有官能基は、アルケンとアルキンのような有機種を酸化させるために使用されるか、或いはモノマーのサブユニット（本明細書中で「モノマー」でもある）を重合するために使用される。他の場合において、酸素は、最終酸化剤として使用される。発明の様々な実施形態は、様々な組成物、濃度及び島形、被覆及び吸着位置で酸化グラフェンを有する炭素触媒について記載する。
【００７８】
同時係属しているＰＣＴ国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／３８３３４に記載されるように、島形、被覆及び／又は吸着位置における変化を含む、触媒活性のグラフェン又は酸化黒鉛の変化は、本開示の範囲で熟慮され、その開示は、引用によって本明細書中に組込まれる。
【００７９】
本明細書中で提供される炭素含有触媒は、炭素含有固体支持体又は金属含有固体支持体（例えば、ＴｉＯ２、Ａ１２Ｏ３）のような、固体支持体上のグラフェン又は酸化黒鉛と同様に、支持されない触媒活性のグラフェン又は触媒活性の酸化黒鉛を含む。代替の実施形態において、固体支持体は、ポリマー中で分散した触媒活性の酸化黒鉛又は酸化グラフェンを備えたポリマーである。幾つかの実施形態において、触媒は、固体支持体の上に触媒活性の酸化グラフェン及び／又は触媒活性の酸化黒鉛を有するように提供される。そのような固体支持体の例は、窒化炭素、窒化ホウ素、窒化ホウ素炭素などを含む。他の実施形態において、触媒は、窒化炭素、窒化ホウ素、窒化ホウ素炭素などのような、触媒活性の炭素及び酸素含有材料及び共触媒を有するように提供される。
【００８０】
さらなる実施形態において、本明細書中で提供される炭素含有触媒は、ゼオライト、ポリマー及び／又は金属含有固体支持体（例えば、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３）のような、固体支持体内のグラフェン又は酸化黒鉛と同様に、支持されていない触媒活性のグラフェン又は触媒活性の酸化黒鉛を含む。幾つかの実施形態において、触媒は、ポリマー支持体内で、触媒活性の酸化グラフェン及び／又は触媒活性の酸化黒鉛を有するように提供される。さらなる実施形態において、触媒は、非晶質固体（例えば、活性炭、石炭フライアッシュ、バイオ灰又は軽石）内の触媒活性の酸化グラフェン及び／又は触媒活性の酸化黒鉛を有するように提供される。他の実施形態において、触媒は、窒化炭素、窒化ホウ素、窒化ホウ素炭素などのような、触媒活性の炭素及び酸素含有材料及び共触媒を有するように提供される。
【００８１】
＜金属含有量＞
幾つかの実施形態において、不均一な触媒活性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒（又は他の炭素及び酸素含有触媒、又は炭素触媒）は、金属、特に遷移金属がほぼない。幾つかの場合において、不均一触媒は、Ｗ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂから成る群から選択される金属の、実質的に低い金属（例えば、遷移金属）の濃度を有する。実施形態において、不均一触媒は、原子吸光分析又は質量分析（例えば、誘導結合プラズマ質量分析、又は「ＩＣＰ−ＭＳ」）によって測定されるように、約５０パート・パー・ミリオン、約２０パート・パー・ミリオン、約１０パート・パー・ミリオン、約５パート・パー・ミリオン、約１パート・パー・ミリオン（「ｐｐｍ」）、又は０．５ｐｐｍ、又は０．１ｐｐｍ、又は０．０６ｐｐｍ、又は０．０１ｐｐｍ、又は０．００１ｐｐｍ、又は０．０００１ｐｐｍ、又は０．００００１ｐｐｍ未満又はそれと等しい遷移金属濃度を有する。別の実施形態において、不均一触媒は、約０．０００１％未満、又は約０．０００００１％未満、又は約０．００００００１％未満である、金属含有量（モル％）を有する。
【００８２】
幾つかの場合において、不均一な触媒活性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒（又は他の炭素及び酸素含有触媒）は、実質的に低いマンガン含有量を有する。１つの例において、粒子は、原子吸光分析又は質量分析（例えば、誘導結合プラズマ質量分析、又は「ＩＣＰ−ＭＳ」）によって測定されるように、約１ｐｐｍ、又は０．５ｐｐｍ、又は０．１ｐｐｍ、又は０．０６ｐｐｍ、又は０．０１ｐｐｍ、又は０．００１ｐｐｍ、又は０．０００１ｐｐｍ、又は０．００００１ｐｐｍ未満であるマンガン含有量を有する。
【００８３】
幾つかの状況で、本明細書中で提供される触媒は、特定のレベルの遷移金属含有量を有する。例として、本明細書中に記載される任意の反応に適した炭素触媒は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛を含み、約１パート・パー・ミリオンと約５０重量％の間の炭素触媒の遷移金属含有量を有する。幾つかの場合において、炭素触媒の遷移金属含有量は、約１パート・パー・ミリオンと約２５重量％の間の触媒、又は約１パート・パー・ミリオンと約１０重量％の間の触媒、又は約１パート・パー・ミリオンと約５重量％の間の触媒、又は約１パート・パー・ミリオンと約１重量％の間の触媒、又は約１０パート・パー・ミリオンと約５０重量％の間の触媒、又は約１００パート・パー・ミリオンと約５０重量％の間の触媒、又は約１０００パート・パー・ミリオンと約５０重量％の間の触媒、又は約１０パート・パー・ミリオンと約２５重量％の間の触媒、又は約１００パート・パー・ミリオンと約２５重量％の間の触媒、又は約１０００パート・パー・ミリオンと約２５重量％の間の触媒、又は約１０パート・パー・ミリオンと約１０重量％の間の触媒、又は約１００パート・パー・ミリオンと約１０重量％の間の触媒、又は約１０００パート・パー・ミリオンと約１０重量％の間の触媒、又は約１０パート・パー・ミリオンと約５重量％の間の触媒、又は約１００パート・パー・ミリオンと約５重量％の間の触媒、又は約１０００パート・パー・ミリオンと約５重量％の間の触媒、又は約１０パート・パー・ミリオンと約１重量％の間の触媒、又は約１００パート・パー・ミリオンと約１重量％の間の触媒、又は約１０００パート・パー・ミリオンと約１重量％の間の触媒である。
【００８４】
従って、幾つかの他の実施形態で、炭素触媒が本明細書中で提供され、該炭素触媒は、触媒活性の酸化グラフェン又は触媒活性の酸化黒鉛を含み、前記炭素触媒は、約１パート・パー・ミリオンと約５０重量％の間の炭素触媒の遷移金属含有量を有する。幾つかの実施形態において、金属は、Ｗ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂから成る群から選択された１以上の遷移金属である。特定の実施形態において、炭素触媒は、約１パート・パー・ミリオンと約２５重量％の間の触媒の遷移金属含有量を有する。幾つかの実施形態において、炭素触媒は、約１パート・パー・ミリオンと約５重量％の間の触媒の遷移金属含有量を有する。特定の実施形態において、炭素触媒は、約１パート・パー・ミリオンと約１００パート・パー・ミリオンの間の遷移金属含有量を有する。
【００８５】
幾つかの状況で、炭素触媒の遷移金属含有量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）のような、原子吸光分析（ＡＡＳ）或いは他の元素分析技術、或いは質量分析法（例えば、誘導結合プラズマ質量分析、又は「ＩＣＰ−ＭＳ」）によって測定される。
【００８６】
幾つかの実施形態において、炭素触媒は、Ｗ、Ｆｅ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｏｓ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ及びＮｂから成る群から選択される低濃度の遷移金属を有する。幾つかの実施形態において、炭素触媒は、約０．０００１％以上、及び触媒の全重量の約５０モル％まで、又は約０．００１％以上、及び触媒の全重量の約５０モル％まで、約０．０１％以上、及び触媒の全重量の約５０モル％まで、約０．１％以上、及び触媒の全重量の５０モル％まで、約０．０００１％以上、及び触媒の全重量の約２５モル％まで、又は約０．００１％以上、及び触媒の全重量の約２５モル％まで、約０．０１％以上、及び触媒の全重量の約２５モル％まで、約０．１％以上、及び触媒の全重量の約２５モル％まで、約０．０００１％以上、及び触媒の全重量の約１０モル％まで、又は約０．００１％以上、及び触媒の全重量の約１０モル％まで、約０．０１％以上、触媒の全重量の約１０モル％まで、約０．１％以上、及び触媒の全重量の約１０モル％まで、約０．０００１％以上、及び触媒の全重量の約５モル％まで、又は約０．００１％以上、及び触媒の全重量の約５モル％まで、約０．０１％以上、触媒の全重量の約５モル％まで、約０．１％以上、及び触媒の全重量の約５モル％まで、約０．０００１％以上、及び触媒の全重量の約１モル％まで、又は約０．００１％以上、及び触媒の全重量の約１モル％まで、約０．０１％以上、及び触媒の全重量の約１モル％まで、約０．１％以上、及び触媒の全重量の約１モル％までである、金属含有量（モル％）を有する。
【００８７】
＜表面＞
幾つかの実施形態において、触媒活性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛を有する非遷移金属触媒は、酸化のための炭化水素又は重合のためのモノマーのサブユニットのような、反応物に接するように構成される表面を有する。幾つかの場合において、触媒は、過酸化水素、水酸基（ＯＨ）、エポキシ基、アルデヒド基又はカルボン酸基の１つ以上によって終了される表面を有する。実施形態において、触媒は、水酸基、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、エポキシ基、過酸化基、ペルオキシ酸基、アルデヒド基、ケトン基、エーテル基、カルボン酸或いはカルボン酸塩基、過酸化物又はヒドロペルオキシド基、ラクトン基、チオラクトン、ラクタム、チオラクタム、キノン基、無水物基、エステル基、炭酸塩基、アセタール基、ヘミアセタール基、ケタール基、ヘミケタール基、アミノ、アミノヒドロキシ、アミナール、ヘミアミナール、カルバミン酸、イソシアン酸塩、イソチオシアン酸塩、シアナミド、ヒドラジン、ヒドラジド、カルボジイミド、オキシム、オキシムエーテル、Ｎ−複素環、Ｎ−酸化物、ヒドロキシルアミン、ヒドラジン、セミカルバゾン、チオセミカルバゾン、尿素、イソ尿素、チオ尿素、イソチオ尿素、エナミン、エノールエーテル、脂肪族、芳香族、フェノール酸、チオール、チオエーテル、チオエステル、ジチオエステル、ジスルフィド、スルホキシド、スルホン、スルトン、スルフィン酸、スルフェン酸、スルフェン酸エステル、スルホン酸、亜硫酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、スルホンアミド、ハロゲン化スルホニル、チオシアナート、チオール、チアール、Ｓ−複素環、シリル、トリメチルシリル、ホスフィン、リン酸塩、リン酸アミド、チオリン酸塩、チオリン酸アミド、ホスホン酸塩、亜ホスフィン酸エステル、亜リン酸塩、燐酸エステル、ホスホン酸塩ジエステル、ホスフィンオキシド、アミン、イミン、アミド、脂肪族アミド、芳香族アミド、ハロゲン、クロロ、ヨード、フルオロ、ブロモ、ハロゲン化アシル、フッ化アシル、塩化アシル、酸臭化物、酸ヨウ化物、アシルシアニド、アシルアジド、ケテン、アルファ−ベータ不飽和エステル、アルファ−ベータ不飽和ケトン、アルファ−ベータ不飽和アルデヒド、無水物、アジド、ジアゾ、ジアゾニウム、硝酸塩、硝酸エステル、ニトロソ、ニトリル、亜硝酸塩、オルトエステル基、オルト炭酸塩エステル基、Ｏ−複素環、ボラン、ボロン酸及びボロン酸エステルからなる群から選択される１以上の種（又は「表面部分」）を含む表面を有する。実施例において、そのような表面部分は、触媒の様々な反応的な活性部位で、表面に配置される。
【００８８】
＜炭素含有量＞
幾つかの実施形態において、触媒活性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒（或いは他の炭素及び酸素含有触媒）は、少なくとも約２５％、又は３０％、又は３５％、又は４０％、又は４５％、又は５０％、又は５５％、又は６０％、又は６５％、又は７０％、又は７５％、又は８０％、又は８５％、又は９０％、又は９５％、又は９９％、又は９９．９９％の炭素含有量（モル％）を有する。触媒のバランスは、酸素、又は本明細書中に記載される１以上の他の表面部分、又は酸素、ホウ素、窒素、硫黄、亜リン酸、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素から成る群から選択された１以上の元素である。幾つかの実施形態において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、少なくとも約０．０１％、又は１％、又は５％、又は１５％、又は２０％、又は２５％、又は３０％、又は３５％、又は４０％、又は４５％、又は５０％の酸素含有量を有する。例えば、グラフェン又は酸化黒鉛の触媒は、少なくとも約２５％の炭素含有量及び少なくとも約０．０１％の酸素含有量を有する。酸素含有量は、様々な表面又はバルク分析的分光技術用いて測定される。一例として、酸素含有量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）又は質量分析法（例えば、誘導結合プラズマ質量分析、又は「ＩＣＰ−ＭＳ」）によって測定される。
【００８９】
幾つかの実施形態において、炭素触媒は、少なくとも約０．１：１、又は０．５：１、又は１：１、又は１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１０，０００：１、又は１００，０００：１、又は１，０００，０００：１のバルクの炭素と酸素の比率を有する。幾つかの場合において、炭素触媒は、少なくとも約０．１：１、又は０．５：１、又は１：１、又は１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１０，０００：１、又は１００，０００：１、又は１，０００，０００：１の表面の炭素と酸素の比率を有する。
【００９０】
幾つかの実施形態において、触媒活性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛含有触媒は、少なくとも約０．１：１、又は０．５：１、又は１：１、又は１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１０，０００：１、又は１００，０００：１、又は１，０００，０００：１のバルクの炭素と酸素の比率を備えた、酸化グラフェン又は酸化黒鉛を有する。幾つかの場合において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛含有触媒は、少なくとも約０．１：１、又は０．５：１、又は１：１、又は１．５：１、又は２：１、又は２．５：１、又は３：１、又は３．５：１、又は４：１、又は４．５：１、又は５：１、又は５．５：１、又は６：１、又は６．５：１、又は７：１、又は７．５：１、又は８：１、又は８．５：１、又は９：１、又は９．５：１、又は１０：１、又は１００：１、又は１０００：１、又は１０，０００：１、又は１００，０００：１、又は１，０００，０００：１の表面の炭素と酸素の比率を備えた、酸化グラフェン或いは酸化黒鉛を有する。
【００９１】
＜ｐＨ＞
幾つかの場合において、不均一な触媒活性の炭素触媒（例えば、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒、或いは他の炭素及び酸素含有触媒）は、溶液で分散した場合に、約０．１から約１４の間の溶液のｐＨを提供する。幾つかの場合において、不均一な触媒活性の炭素触媒（例えば、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒、或いは他の炭素及び酸素含有触媒）は、溶液で分散した場合に、酸性（例えば、約０．１から約６．９の間のｐＨ）である、反応溶液のｐＨを提供する。幾つかの場合において、不均一な触媒活性の炭素触媒（例えば、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒、或いは他の炭素及び酸素含有触媒）は、溶液で分散した場合に、アルカリ性（例えば、約７．１から約１４の間のｐＨ）である、反応溶液のｐＨを提供する。幾つかの場合において、不均一な触媒活性の炭素触媒（例えば、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒、或いは他の炭素及び酸素含有触媒）は、溶液で分散した場合、中性（例えば、約７のｐＨ）である、反応溶液のｐＨを提供する。
【００９２】
ほんの一例として、１つの実施形態において、４乃至６の溶液のｐＨに対して、１乃至３の溶液のｐＨを提供する、「酸性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛」は、水で洗浄することを必要とする材料の調製における、特定の随意の工程を排除することにより調製される。通常、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒の合成が酸の中で行なわれた後、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、大量の水で洗浄され、この酸は除去される。洗浄工程の数が減少される場合、その表面へ吸着された大量の外生の酸を備えた酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒が形成され、そして、溶液のｐＨは、水で材料を洗浄することにより、触媒が調製されている場合のｐＨと比較して、より低い。
【００９３】
別の実施形態において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、塩基への曝露によって塩基化される。そのような塩基性の酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒は、炭酸カリウム又は重炭酸ナトリウムのような非求核の塩基を備える水中で、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の分散を攪拌することにより調製され、濾過によって、生じる生成物を分離される。水（ｐＨ＝６乃至８）中で分散した場合、そのような炭素触媒は、著しくより高いｐＨ値を示す。
【００９４】
したがって、基質の選択によって（例えば、出発材料が酸又は塩基に敏感であるか）、溶液中の分散の際に、酸性又はアルカリ性のｐＨのいずれかを提供する、適切な炭素触媒が調製される。
【００９５】
＜化学量論及び触媒充填＞
幾つかの実施形態において、任意の触媒活性の炭素触媒（例えば、グラフェン又は酸化黒鉛）により媒介される、本明細書中に記載される反応（例えば、酸化、水和、脱水素／芳香族化、重合、縮合、逐次−酸化縮合反応）に関して、使用された酸化グラフェン又は酸化黒鉛の量は、０．０１ｗｔ％と１０００ｗｔ％の間のいずれかである。本明細書中で使用されるように、ｗｔ％は、反応物（ｒｅａｃｔａｎｔ  ｏｒ  ｒｅａｃｔａｎｔｓ）の重量と比較して、触媒の重量を指定する。特定の実施形態において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒は、少なくとも０．０１ｗｔ％、０．０１ｗｔ％と５ｗｔ％の間、５ｗｔ％と５０ｗｔ％の間、５０ｗｔ％と２００ｗｔ％の間、２００ｗｔ％と４００ｗｔ％の間、４００ｗｔ％と１０００ｗｔ％の間、又は１０００ｗｔ％までで構成してもよい。使用される触媒の量は、反応のタイプによって変化してもよい。例えば、触媒がＣ−Ｈ結合に作用する反応は、４００ｗｔ％までのように、より高い量の触媒で十分に作用し得る。重合反応のような他の反応は、０．０１ｗｔ％ほどのような、より低い触媒レベルで十分に作用し得る。
【００９６】
幾つかの状況で、触媒活性された炭素触媒（例えば、グラフェン又は酸化黒鉛に共有結合で結合された過酸化物部分）の表面で存在する基は修飾され、反応の化学量論的な制御を提供する。
【００９７】
＜反応時間＞
幾つかの実施形態において、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される、本明細書中に記載される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、触媒は、約０．０１秒、又は０．１秒、又は１秒、又は１０秒、又は３０秒、又は１分、又は５分、又は１０分、又は１５分、又は２０分、又は３０分、又は１時間、又は２時間、又は３時間、又は４時間、又は５時間、又は６時間、又は１２時間、又は２４時間と、約１分、又は５分、又は１０分、又は１５分、又は２０分、又は３０分、又は１時間、又は２時間、又は３時間、又は４時間、又は５時間、又は６時間、又は１２時間、又は２４時間、４８時間、７２時間、５日、１週間の間、或いは任意の適切な時間の長さの期間、反応物と接触する。
【００９８】
幾つかの実施形態において、任意の触媒活性の炭素触媒（例えばグラフェン又は酸化黒鉛）で媒介される、本明細書中に記載される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、反応（生成への出発材料の約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約９５％、又は約１００％以上の転換のための）の期間は、秒から分、分から時間、又は時間から日である。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約１秒から約５分までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約５分から約３０分までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約３０分から約６０分までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約６０分から約４時間までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約４時間から約８時間までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約８時間から約１２時間までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約８時間から約２４時間までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約２４時間から約２日までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約１日から約３日までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約１日から約５日までである。１つの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応について、反応の期間は、約１日から約６日までである。随意に、反応時間は、反応混合物のマイクロ波照射によって修正される（例えば、減少される）。
【００９９】
＜反応温度＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−７８℃、−６５℃、−５０℃、−２５℃、−１５℃、−１０℃、−５℃、０℃、５℃、１０℃、１５℃、２０℃、２５℃、３５℃、５０℃、６０℃、８０℃と、約２５℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、又は約１０００℃の間の温度で行われる。
【０１００】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−７８℃と約１０００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−７８℃と約８００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−５０℃と約１０００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−５０℃と約８００℃の間の温度で行われる。
【０１０１】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−２５℃と約１０００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約−２５℃と約８００℃の間の温度で行われる。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約０℃と約５００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約０℃と約３００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約０℃と約１００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約２５℃と約３００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約２５℃と約２００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約２５℃と約１００℃の間の温度で行われる。
【０１０３】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５０℃と約３００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５０℃と約２００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５０℃と約１５０℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５０℃と約１００℃の間の温度で行われる。
【０１０４】
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約７５℃と約３００℃の間の温度で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約７５℃と約２００℃の間の温度で行われる。
【０１０５】
＜圧力＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、気圧において行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約１ａｔｍから約１５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５ａｔｍから約１５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約１０ａｔｍから約１５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約２０ａｔｍから約１５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５０ａｔｍから約１５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約１００ａｔｍから約１５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、任意の触媒活性で媒介される、本明細書中に記載される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）の炭素触媒について、その反応は、約１ａｔｍから約１００ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約５ａｔｍから約５０ａｔｍの間で行われる。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、約１０ａｔｍから約５０ａｔｍの間で行われる。
【０１０６】
＜酸素化＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応は、周囲雰囲気下で行われる。さらなる実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、その反応混合物は、酸素加気流（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ  ｏｘｙｇｅｎ  ｓｔｒｅａｍ）でさらに酸化され、それにより、反応生成物、及び／又は反応効率、及び／又は変換比率の制御が可能となる。他の実施形態において、反応混合物は、オゾン、過酸化水素、オキソン、過マンガン酸カリウム、有機過酸化物、ペルオキシ酸、過ルテニウム酸塩、四酢酸鉛、酸化クロム、過ヨウ素酸塩、ペルオキシ一硫酸カリウム、二酸化硫黄、塩素酸塩、過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、過ホウ酸塩、硝酸塩、一酸化二窒素、四酸化二窒素、酸化銀、四酸化オスミウム、２，２’−ジピリジルジスルフィド、硝酸セリウムアンモニウム、ベンゾキノン、デス・マーチン・ペルヨージナン、Ｓｗｅｒｎ酸化試薬、酸化モリブデン、ピリジン  Ｎ−オキシド、酸化バナジウム、ＴＥＭＰＯ、フェリシアン化カリウムなどのような犠牲的な化学酸化剤により、さらに酸化される。
【０１０７】
＜溶媒＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）に関して、適切な溶媒は、炭素触媒に対する低い反応性を有する任意の溶媒である。１つの実施形態において、例えばジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタンなどの塩素系溶媒が使用される。他の場合において、アセトニトリル又はＤＭＦのような溶媒が使用される。幾つかの実施形態において、水は溶媒として使用される。より好ましくない溶媒は、メタノール、エタノール及び／又はテトラヒドロフランのような溶媒を含む。
【０１０８】
さらなる随意の実施形態において、反応物には溶媒がない。別の場合において、反応物は、本明細書中に記載されるような触媒活性の炭素触媒と接触する液体反応物を含み、それゆえ、反応物には追加の溶媒がない。別の場合において、反応物は、本明細書中に記載されるような触媒活性の炭素触媒と接触する固体反応物を含み、ここで加熱の際に、固体が溶解し、液体反応物が形成される。
【０１０９】
＜気相反応＞
さらなる実施形態において、反応物は、本明細書中に記載されるような、加熱された触媒活性の炭素触媒と接触する気体反応物（例えば、エチレン）を含む。そのような例において、気相反応は、（例えば、ボンベリアクター、又は高圧リアクター中で）真空、周囲気圧、又は上昇した圧力下で生じ得る。
【０１１０】
＜リアクターシステム＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される任意の反応は、バッチ反応である。他の実施形態において、本明細書に記載される任意の反応は、フロー反応である。
【０１１１】
本明細書中で提供される触媒は、反応物と生成物の分離を達成するための、リアクター及び様々な分離単位操作（「ユニット」）を有するシステム中で提供され得る。
【０１１２】
図５は、反応物保存ユニット（３０５）及び（３１０）を有するシステム（３００）、反応物保存ユニット（３０５）と（３１０）の下方にあるリアクター（３１５）、及びリアクター（３１５）の下法にある複数の分離ユニットを示す。システム（３００）は、本明細書中で提供される反応の何れかに使用することができる。
【０１１３】
引き続き図５を参照すると、複数の分離ユニットは、第１の蒸留塔（３２０）、第２の蒸留塔（３２５）、及び第３の蒸留塔（３３０）を含む。蒸留塔の各々は、流体の分離を達成するため、１つ以上の気液平衡段階（又は「トレー」）を含む。加えて、蒸留塔の各々は、コンデンサー及びリボイラー（図示せず）を含む。複数の分離ユニットは、他の生成物、副産物及び未使用の反応物から、反応生成物（リアクター（３１５）において形成された）を分離するように構成される。幾つかの場合において、複数の分離ユニット操作によって分離された１つ以上の反応物は、リアクター（３１５）における炭素触媒を用いて反応される、リアクター（３１５）に再利用される。
【０１１４】
システム（３００）は、３つの蒸留塔（３２０）、（３２５）及び（３３０）を含む一方で、システム（３００）は、予め決定した組成物の混合物の分離を達成するのに必要とされるように、より少数の、又はより多くの蒸留塔を含むことが出来る。実施例において、システム（３００）はほんの１つの蒸留塔を含む。別の実施例として、システム（３００）は、２、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、又はそれより多くの蒸留塔を含む。蒸留塔の数は、任意の未使用の反応物、及びリアクター（３１５）において生成される生成物の数に基づいて選択され得る。例えば、リアクターがプロペンとイソプロパノールを生成する場合、単独の蒸留塔は、（蒸留塔の上部からの）プロペンストリーム及び（蒸留塔の底部からの）イソプロパノールストリームへの、プロペン及びイソプロパノールの分離を達成するのに十分であり得る。しかし、リアクター（３１５）からの生成物ストリームが未使用の反応物を含む場合、その後、追加の蒸留塔が、生成物から未使用の反応物を分離することを必要とされ得る。
【０１１５】
システム（３００）は、熱を提供するため、又はリアクターから熱を除去するため、リアクター（３１５）との熱伝達において熱交換器（３３５）を含む。幾つかの状況において、熱交換器（３３５）は、熱交換器（３３５）へと、及びそこから作動流体を循環させるため、ポンプなどの他のデバイスとの流体連通下にある。
【０１１６】
システム（３００）は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛含有触媒などの炭素触媒を再生成するように、使用済みの触媒から構成されたリアクター（３１５）との流体連通において、触媒再生器（３４０）を含む。幾つかの状況において、触媒再生器（３４０）は、使用済みの炭素触媒を酸化させるための酸化化学薬品のソースとの、流体連通下にある。
【０１１７】
システム（３００）は、１つ以上の反応生成物を保存するための１つ以上の生成物保存ユニット（又は容器）を含む。例えば、システム（３００）は、第３の蒸留塔（３３０）からの生成物を保存するための保存ユニット（３４５）を含む。
【０１１８】
システム（３００）は、他の単位操作を含み得る。実施例において、システムは、濾過ユニット、固体流動化ユニット、蒸発ユニット、凝縮ユニット、物質移動ユニット（例えばガス吸収、蒸留、抽出、吸着、又は乾燥）、ガス液化ユニット、冷却ユニット、及び機械的加工ユニット（例えば、固体輸送、破砕、微粉砕、スクリーニング、又はふるい分け）から選択される、１つ以上の単位操作を含む。
【０１１９】
リアクター（３１５）は、酸化又は重合の反応などの化学反応の促進のため、炭素触媒を含む。幾つかの実施形態において、炭素触媒は、グラフェン、酸化グラフェン、黒鉛、及び／又は酸化黒鉛を含む。幾つかの状況において、炭素触媒は、酸化グラフェン、又は酸化黒鉛を含む。
【０１２０】
幾つかの場合において、リアクター（３１５）は真空下で操作される。幾つかの実施形態において、リアクター（３１５）は、約７６０トル、１トル、１ｘ１０−３トル、１ｘ１０−４トル、１ｘ１０−５トル、１ｘ１０−６トル、１ｘ１０−７トル、又はそれより少ない値未満の圧力で操作される。他の場合において、リアクター（３１５）は高圧力で操作される。幾つかの実施形態において、リアクター（３１５）は、少なくとも１気圧、２気圧、３気圧、４気圧、５気圧、６気圧、７気圧、８気圧、９気圧、１０気圧、２０気圧、５０気圧、又はそれより多い気圧の圧力で操作される。
【０１２１】
幾つかの実施形態において、リアクター（３１５）は、プラグフローリアクター、連続撹拌槽型リアクター、半回分リアクター、又は触媒リアクターである。幾つかの状況において、触媒リアクターは、多管式リアクター（ｓｈｅｌｌ−ａｎｄ−ｔｕｂｅ  ｒｅａｃｔｏｒ）又は流動層式リアクターである。他の状況において、リアクター（３１５）は、平行して複数のリアクターを含む。このことは、予め決定した範囲内のリアクターの各々のサイズを維持する間に、加工のニーズを満たすことを助けることができる。例えば、５００リットル／時間のエタノールが望まれるが、リアクターが２５０リットル／時間を提供することができれば、その後、平行した２つのリアクターが、エタノールの所望の出力を満たすであろう。
【０１２２】
幾つかの状況において、リアクター（３１５）は、固体支持体上に酸化グラフェン又は酸化黒鉛を有する、多管式リアクターである。幾つかの状況において、固体支持体は、グラフェン、黒鉛、酸化黒鉛、又は酸化グラフェンなどの炭素含有支持体、或いは、絶縁支持体、半導体支持体、又は金属支持体などの非炭素含有支持体である。実施例において、支持体は、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、及びＺｒＯｘから選択された１つ以上の材料を含み、ここで、「ｘ」は０より大きな数である。
【０１２３】
リアクター（３１５）が多管式リアクターである場合、リアクターは、リアクターの入口と、リアクターの入口の下方にあるリアクターの出口を有するハウジング、及び、リアクターの入口及びリアクターの出口との流体連通における１以上のチューブ（１つ以上の内表面を有する１以上のチューブ）を含む。幾つかの状況において、１以上の内表面は、酸化グラフェン、酸化黒鉛、又は他の炭素触媒を含む。幾つかの場合において、多管式リアクターの１以上の内表面は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛含有の粒子を含む。１以上のチューブは、例えば、炭素含有の支持材料（例えば、グラフェン、黒鉛、酸化グラフェン、又は酸化黒鉛）、又は非炭素含有の支持材料（例えば、金属製の支持材料、絶縁支持材料、半導体支持材料）などの、支持材料から形成される。実施例において、支持材料は、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ及びＺｒＯｘから成る群から選択される１つ以上の材料を含み、ここで、「ｘ」は０より大きな数である。
【０１２４】
幾つかの実施形態において、多管式リアクターは、シェル内に１以上、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上、９以上、１０以上、２０以上、３０以上、４０以上、５０以上、１００以上、２００以上、３００以上、４００以上、５００以上、又は１０００以上のチューブを有するシェルを含む。幾つかの状況において、チューブは、炭素触媒（例えば、酸化グラフェン、酸化黒鉛）などの触媒活性の材料を含む。多管式リアクターは、ハチの巣構造を有し得る。
【０１２５】
幾つかの状況において、リアクター（３１５）は、流動床式リアクターである。実施形態において、流動床式リアクターは、酸化グラフェン、酸化黒鉛、又は他の炭素及び酸素含有粒子を含む。幾つかの場合において、流動床式リアクターは、固体支持体上に酸化グラフェン又は酸化黒鉛を有する粒子などの、酸化グラフェン又は酸化黒鉛含有の粒子を含む。幾つかの場合において、固体支持体は、炭素含有支持体である。例えば、粒子は、グラフェン、黒鉛、酸化黒鉛、及び酸化グラフェンから成る群から選択される支持体上に、酸化グラフェン又は酸化黒鉛を含む。他の場合において、粒子は、金属支持体、絶縁支持体、又は半導体支持体などの、非炭素含有支持体上に、酸化グラフェン又は酸化黒鉛を含む。実施例において、支持体は、ＡｌＯｘ、ＴｉＯｘ、ＳｉＯｘ、及びＺｒＯｘから成る群から選択される１つ以上の材料を含み、ここで、「ｘ」は０より大きな数である。
【０１２６】
リアクター（３１５）が流動床式リアクターである場合、リアクター（３１５）は、リアクターの入口の下方にあるリアクターの出口を有するハウジング、及び、ハウジング中の触媒粒子を含む。幾つかの状況において、触媒粒子は、酸化グラフェン、酸化黒鉛、又は他の炭素触媒を含む。幾つかの実施において、リアクター（３１５）は、触媒粒子がリアクター（３１５）の使用中にリアクター（３１５）に残るのを防ぐため、リアクターの入口にあるメッシュ、及びリアクターの出口にあるメッシュを含む。
【０１２７】
幾つかの実施形態において、リアクター（３１５）は流動床式リアクターであり、酸化グラフェン又は酸化黒鉛含有粒子などの粒子は、約１ナノメートル（「ｎｍ」）と１０００マイクロメートル（「μｍ」）の間、約１０ｎｍと５００μｍの間、約５０ｎｍと１００μｍの間、又は約１００ｎｍと１０μｍの間の直径を有する。
【０１２８】
システム（３００）は、リアクター（３１５）への反応物の流れ、及びリアクター（３１５）からの反応生成物、副産物及び未使用の反応物の流れ、及びシステム（３００）の様々な単位操作への流れ、並びにシステム（３００）の様々な単位操作からの流れを制御するための、１つ以上のポンプ、バルブ、及び制御システムを含む。実施形態において、ポンプは、容量型ポンプ（例えば、往復運動、回転式）、衝撃ポンプ、速度ポンプ、重力ポンプ、蒸気ポンプ、及びバルブレスポンプから成る群から選択される。別の実施形態において、ポンプは、回転式ローブポンプ、進行性キャビティーポンプ、ロータリーギヤーポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、スクリューポンプ、歯車ポンプ、油圧ポンプ、仕切板ポンプ、再生式（周辺装置）ポンプ、蠕動ポンプから成る群から選択される。リアクターに真空を供給するためなどの他の状況において、システム（３００）は、リアクター（３１５）との流体連通下にある機械ポンプ、ターボ分子（「ターボ」）ポンプ、イオンポンプ、拡散ポンプ、及び低温（「ｃｒｙｏ」）ポンプから成る群から選択される、１つ以上のポンプを含む。幾つかの場合において、ポンプは、機械ポンプなどの１以上の他のポンプにより「後退される」。例えば、ターボポンプは機械ポンプにより後退される。
【０１２９】
幾つかの実施形態において、バルブは、ボールバルブ、バタフライバルブ、セラミックディスクバルブ、チェックバルブ（又は逆止めバルブ）、ハステロイチェックバルブ、チョークバルブ、ダイヤフラムバルブ、ステンレス鋼ゲートバルブ、グローブバルブ、ナイフバルブ、ニードルバルブ、ピンチバルブ、ピストンバルブ、プラグバルブ、ポペットバルブ、スプールバルブ、及び熱膨張バルブから成る群から選択される。
【０１３０】
＜官能基＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応（例えば、付加的重合、縮合重合（例えば、脱水重合）、開環重合、カチオン重合、酸化重合、脱ハロゲン化水素重合など）のため、出発物質は１つ以上の官能基を含む。１つの実施形態において、そのような基質内で、１つの官能基のみが変換される（例えば、基質はアルケンを含み、ポリマーはアルコール基を含む）。代替の実施形態において、１より多くの官能基が変換される（例えば、アルコール基は酸化され、アルケン基は重合される）。更なる実施形態において、有機分子の中に存在する他の官能基は、本明細書に記載される反応条件によって影響を受けない（つまり、官能基は反応条件に対して安定している）。例えば、シリルエーテルは、縮合重合を許容する間に、本明細書に記載の反応条件下で開裂されない。
【０１３１】
更なる実施形態において、変換される官能基は、１より多くの変換を経験することを随意に可能とされる。例えば、メチル基はアルケンへと変換され、さらに重合される。
【０１３２】
＜代謝回転＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応に関して、反応についての代謝回転数は、約１０−５乃至約１，０００，０００以上である。幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応に関して、反応のための代謝回転数は、約１０−４乃至約１０４である。典型的な実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応に関して、反応のための代謝回転数は、約１０−２である（触媒の質量ごとの生成物のモルで表現される）。
【０１３３】
＜共触媒＞
幾つかの実施形態において、本明細書に記載される、任意の触媒活性の炭素触媒により媒介される反応に関して、反応混合物はさらに共触媒を含む。１つの実施形態において、そのような共触媒は、例えば、窒化炭素、窒化ホウ素、窒化ホウ素炭素などである。幾つかの実施形態において、共触媒は、酸化触媒（例えば、二酸化チタン、二酸化マンガン）である。幾つかの実施形態において、共触媒は、脱水素触媒（例えば、Ｐｄ／ＺｎＯ）である。特定の実施形態において、共触媒はゼオライトである。
【０１３４】
＜共試薬＞
更に随意の実施形態において、本明細書に記載される、任意の炭素触媒により媒介される反応は、共試薬の存在下で随意に行なわれる。１つの実施形態において、そのような共試薬は、オゾン、過酸化水素、オキソン、分子酸素などのような、付加的な酸化剤である。別の実施形態において、付加的な試薬は、デス・マーチン・ペルヨージナン試薬又はＳｗｅｒｎ酸化試薬などの、本明細書に記載の手順による相乗作用を有する相補的な試薬であり得る。
【０１３５】
＜共触媒、酸化黒鉛上で支持される触媒、及び酸化黒鉛又は他の炭素触媒の存在下で操作される触媒＞
他の触媒の分子又は材料と共に使用された時、酸化グラフェン又は酸化黒鉛、及び他の炭素触媒は活性である。追加の触媒は、金属含有の、有機の、無機の、又は巨大な分子であり、酸化グラフェン又は酸化黒鉛ベースの触媒において作用する、異種又は同一の反応機構によって操作され得る。触媒は、化学吸着（例えば、酸化グラフェン又は酸化黒鉛上に存在する化学的官能性との連結反応の相互作用による）、又は物理吸着によって、酸化グラフェン又は酸化黒鉛上で支持される。触媒（酸化グラフェン又は酸化黒鉛、或いは追加された種のいずれか）は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛と触媒との間の協同の化学効果によって増強されるか、又は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の高表面積、及び利用可能な反応部位から利益を得ることもある。金属含有の、有機の、無機の、又は巨大な分子の触媒も、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の存在下で使用され、ここで、その２つは相互作用が無く、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、スペクテイター種（ｓｐｅｃｔａｔｏｒ  ｓｐｅｃｉｅｓ）として単独で操作する。触媒はその固有の反応性を保持し、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の存在に影響されない。
【０１３６】
＜触媒としての黒鉛層間化合物＞
酸化グラフェン又は酸化黒鉛、及び他の炭素触媒は、層間化合物（ＩＣ）の形成において活性である。黒鉛ベースの材料から形成された時、これら材料は、黒鉛層間化合物（ＧＩＣ）として知られている。ＩＣとＧＩＣは、黒鉛及び他の同様の炭素材料の積み重ねられた構造の中間層領域への、小分子又はポリマーの挿入を通じて形成される。インターカレント（ｉｎｔｅｒｃａｌａｎｔｓ）は、金属性（例えば、金属塩、配位化合物）、有機の（例えば、アリール又は脂肪性の種）、無機の（例えば、鉱酸）、又は巨大な分子であり、イオン性の特徴、様々な官能基、及び様々な物理的な状態（即ち、ガス、液体、固体）などの種々の化学特性を示す。これらＩＣとＧＩＣは、触媒的又は化学量的のいずれかで反応的であり、非共有結合的に機能的にされた炭素触媒であると考えられる。ＧＩＣの反応性は、その炭素材料又はインターカレント、又はそれらの組み合わせの結果である。炭素材料又はインターカレントは他方の固有の反応性を増強するが、インターカレントの一方の炭素材料はまた、不活発なスペクテイター種であり得る。
【０１３７】
＜炭素触媒により触媒された変換＞
酸化グラフェン又は酸化黒鉛は様々な反応において使用され、活性化されていない基質（例えば、炭化水素モノマー）の活性化、及び／又は他の反応的な基質（例えば、本明細書に記載されるアルケン、アルキン、又は他の基質）の酸化、水和、又は脱水、及び／又は様々な不活発な基質又は活性化された基質の縮合或いは脱水素の反応のために使用される。これらの反応において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、酸性の特性、脱水特性、酸化特性、脱水素特性、脱ハロゲン化水素特性、レドックス特性、又はそれらの任意の組み合わせなどの、典型的な特性の１つ以上によってその触媒効果を行使する。
【０１３８】
＜重合＞
図３及び４に示されるように、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、様々なモノマーの重合を触媒するのに適している。特に、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、酸化の、脱水の、又はカチオンの重合を触媒し得る。これらの方法を使用して形成されるポリマーは、カチオン重合によって形成されるポリ（スチレン）、カチオン重合によって形成されるポリ（エチルビニルエーテル）などのポリ（アルキルビニルエーテル）、カチオン重合によって形成されるポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、脱水重合によって形成されるポリ（フェニレンメチレン）、脱水重合によって形成されるポリ（４−メトキシベンジルアルコール）、脱水重合によって形成されるポリ（フルフリルアルコール）、脱水重合によって形成されるポリ（２−チオフェンメタノール）、脱水重合によって形成されるポリ（１−フェニルエタノール）、脱水重合によって形成されるポリ（２−フェニル−２−プロパノール）、及び酸化重合によって形成されるポリ（アニリン）を含む。上述のポリマーの組み合わせなどの混合ポリマーは、モノマーの混合の使用により形成される。本明細書に記載される方法はまた、ブロックコポリマー（例えば、一般構造ＡＡＡＡＡＡ−ＢＢＢＢＢＢのポリマー）などの、１より多くのモノマー型のコポリマーの合成に適している。また他の実施形態において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛によって触媒される異なる重合反応を通じて重合される、１より多くのモノマー型から形成されたポリマーが、形成される（例えば、１つのモノマーは、酸化重合によって、他に脱水重合によって重合され得る）。
【０１３９】
＜酸化重合＞
本明細書に記載されるＧＯ及び他の炭素触媒は、フェノール、アニリン、二硫化ジフェニル、ベンゼン、ピロール、チオフェン、それらの誘導体などのような化合物の酸化反応を触媒することが見出された−例えば、酸化重合において利用される特性。この方法によって合成された幾つかのポリマーは、ポリ（酸化フェニレン）、ポリフェノール、ポリアニリン、ポリ（フェニレンスルフィド）、ポリフェニレン、ポリピロール、及びポリチオフェンなどを含むが、これらに限定されない。
【０１４０】
＜カチオン重合＞
本明細書に記載されるＧＯ及び他の炭素触媒は、電子供与性置換基及び複素環を備えたオレフィンなどの基質の、ルイス酸又はプロトン酸により触媒される反応を触媒することが見出された−例えばカチオン重合において利用される特性。この方法によって合成された幾つかのポリマーは、ポリイソブチレン、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）などを含むが、これらに限定されない。
【０１４１】
＜開環重合＞
本明細書に記載されるＧＯ及び他の炭素触媒は、ラクタム、シラン、エポキシド（ｅｘｐｏｘｉｄｅｓ）などのような基質の開環反応を触媒することが見出された−例えば、開環重合において利用される特性。この方法によって合成された幾つかのポリマーは、ポリアミド、ポリシロキサン、エポキシなどを含むが、これらに限定されない。
【０１４２】
＜付加重合（Ａｄｄｉｔｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）＞
本明細書に記載されるＧＯ及び他の炭素触媒は、オレフィン、ニトリル、イソシアナートなどのような基質の反応を触媒することが見出された−例えば、付加重合において利用される特性。この方法によって合成された幾つかのポリマーは、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステルなどを含むが、これらに限定されない。
【０１４３】
＜脱水重合＞
本明細書に記載されるＧＯ及び他の炭素触媒は、第１級及び第２級アルコールの脱水を触媒することが見出された−例えば、縮合重合において利用される特性。アルコールは、線形のアルカン、環式のアルカン、又は分枝アルカン；アリール又は複素環の置換基；ヘテロ原子；又はポリマーを含む。エタノールからのエチレン、フェニルエタノールからのスチレン、又はグリセリンからのアクロレインの形成におけるように、これら反応の生成物は、アルケンである。エタノールからのジエチルエーテル又は１，４−ブタンジオールからのテトラヒドロフランの形成におけるように、これら反応の生成物は、エーテルである。酢酸からの無水酢酸又はコハク酸からの無水コハク酸の形成におけるように、これら反応の生成物は、酸無水物である。ベンズアミドからのベンゾニトリル又はアセトアミドからのアセトニトリルの形成におけるように、これら反応の生成物は、ニトリルである。
【０１４４】
上記及び下記の反応の何れかに関して、重合は、本明細書に記載されるような広範囲のｐＨ領域にわたって行なわれる。生成物の組み合わせは可能であり、従って分離される、又はより多くの錯体分子を形成するためにインサイツで反応される。適切な前駆体（例えばフェニルエタノールからのスチレン或いはグリセリンからのアクロレイン）からの反応性モノマーの調製の場合には、これらのモノマーが、ポリマー複合体の構成に帰着するＧＯがある状態で重合する。幾つかの場合において、架橋結合したポリマーが形成される。
【０１４５】
これらの前駆体が平行して又は連続しての何れかで組み合わせられる場合、コポリマーが可能である。脱水及び／又は他の薬剤（例えば、脱ハロゲン化水素薬剤）、又はＧＯ以外のモノマー（触媒又は化学量論の）は、ＧＯに加えて随意に利用される。幾つかの場合において、これらの薬剤は、ＧＯによる相乗効果を有し、幾つかの場合において、ＧＯは不活発なスペクテイターになるであろう。重合反応は、溶媒により、又は溶媒がない状態で行なわれる。例えば約０．０１と約１０００ｗｔ％の間で、本明細書に記載されるように、広範囲のＧＯ充填が使用される。例えば、約−７８℃と約３５０℃の間の、本明細書に記載されるような広範囲の温度にわたって、反応が行なわれる。
【０１４６】
＜酸化黒鉛／ゼオライト触媒混合物による脱水＞
また、酸化黒鉛とゼオライトの混合物により触媒される脱水重合も、本明細書の実施形態の範囲内で熟慮される。脱水反応におけるＧＯの触媒活性が、共触媒としてのゼオライト触媒の使用により改善されることが分かった。ゼオライト触媒は、限定されないが、ホージャサイト（ＦＡＵ）、ｚｅｌｏｌｉｔｅ  ｓｏｃｏｎｙ  ｍｏｂｉｌ−５（ＺＳＭ−５）、モルデナイト（ＭＯＲ）、又はフェリエライト（ＦＥＲ）から選択される。ゼオライト触媒は溶解され、溶液状態又は固形状態でＧＯと共に混合され得る。広範囲のゼオライト充填は、例えば、約０．０１と約１０００ｗｔ％の間で使用される。ＧＯ／ゼオライト触媒混合物により触媒される脱水反応のための反応条件は、ＧＯにより触媒された脱水反応に使用される反応条件に類似する。ＧＯ／ゼオライト触媒混合物による脱水反応は、例えば、ほぼ室温と約３５０℃の間の広範囲の温度にわたって行なわれる。脱水重合は、溶媒と共に、又は溶媒がない状態で行なわれる。
【０１４７】
上記及び下記の任意の反応に関して、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の材料の除去を促進するため、それは、ポリマーマトリクスに共有結合的に随意に結合されない。他の例において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛の材料は、ポリマーマトリクス内で分散し続ける。
【０１４８】
従って、本明細書に記載される炭素触媒、及び限定されないがポリマーの以下のクラスを含むポリマーの合成のための本明細書に記載の方法が、本明細書に提示される実施形態の範囲内で熟慮される：
【０１４９】
ポリエステル：ＧＯはポリエステルの形成において活性であることが分かった。これら反応は、１つの例において、ポリ（カプロラクトン）に対するε−カプロラクトンの場合など、環状エステルの開環反応の型にある。別の例において、これら反応は、ポリ（テレフタラート）を形成するためにテレフタル酸をエチレングリコールと反応させる場合など、酸により触媒されるＡＢ又はＡ２＋Ｂ２の反応の型にある。芳香族及び脂肪族の、酸並びにエステルの両方は、反応性を示し、上記で言及されたものに加えて、以下のポリマーも、この方法を使用する実行可能な標的として熟慮される：ポリ（グリコリド）、ポリ（乳酸）、ポリ（アジピン酸エチレン）、ポリ（ヒドロキシアルカノエート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ポリ（トリメチレンテレフタラート）、ポリ（エチレンナフタレート）、ベクトランなど。他のポリマー（例えば、ポリエステルアミドを形成するためのポリアミド）を備えたこれらのポリマーのブロックコポリマーは、同様に熟慮される。
【０１５０】
１つの実施形態において、ポリエステル（例えば、本明細書に記載された任意のポリエステル）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１５１】
ポリアミド：ＧＯはポリアミドの形成において活性である。これら反応は、１つの例において、ポリ（カプロラクタム）（即ち、ナイロン６）に対するε−カプロラクタムの場合など、環状アミドの開環反応の型にある。別の例において、これら反応は、ナイロン６，６を形成するため、アジピン酸をヘキサメチレンジアミンと反応させる場合などにおいて、酸により触媒されたＡＢ又はＡ２＋Ｂ２の反応の型にある。芳香族及び脂肪族の、酸及びアミンの両方は反応性を示し、上述のものに加えて、以下のポリマーはこの方法を使用して、実行可能な標的として熟慮される：ポリフタルイミド及びアラミド（例えば、ＫｅｖｌａｒとＮｏｍｅｘ）。他のポリマー（例えば、ポリエステルアミドを形成するためのポリエステル）を備えたこれらポリマーのブロックコポリマーは、同様に熟慮される。
【０１５２】
１つの実施形態において、ポリアミド（例えば、本明細書に記載される任意のポリアミド）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１５３】
ポリオレフィン：ＧＯはポリオレフィンの形成において活性であることが分かった。芳香族及び脂肪族のモノマーの両方は反応性を示し、以下のポリマーは、この方法を使用する合成に適している：ポリ（スチレン）、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（イソブチレン）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（プロピレン）、ポリ（エチレン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（ブタジエン）。ポリマーは、アタクチック、アイソタクチック、又はシンジオタクチックであり、アタクチックポリマーは、アイソタクチック又はシンジオタクチックのポリマーが現在必要とされる適用において置換を可能にするため、ＧＯの組み込みによって十分に増強される。他のオレフィン由来のポリマーを備えたこれらのポリマーのブロックコポリマーは、同様に形成される。
【０１５４】
１つの実施形態において、ポリオレフィン（例えば、本明細書に記載される任意のポリオレフィン）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程：及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１５５】
ポリウレタン：ＧＯはポリウレタンの形成において活性である。広範囲の単機能性又は多機能性のイソシアナート、アルコール、又はアミンを、この目的のため互いに反応させる。芳香族及び脂肪族の種の両方は、優れた反応性を示す。重合される最も一般的で、商業上関連性のあるイソシアナートは、トルエンジイソシアネート及びメチレンジイソシアナートである。重合される最も一般的で、商業上関連性のあるアルコールは、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、１，２，６−ヘキサントリオール、及びペンタエリトリトールである。重合される最も一般的で、商業上関連性のあるアミンは、エタノールアミン、ジエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、フェニルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、及びジメチルチオトルエンジアミンである。
【０１５６】
１つの実施形態において、ポリウレタン（例えば、本明細書に記載される任意のポリウレタン）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程：及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１５７】
ポリシロキサン：ＧＯはポリシロキサン（シリコンとしても知られる）の形成において活性である。これら反応は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を形成するためのジメチルジクロロシランの反応などにおいて、脱ハロゲン化水素反応型にある。これらの反応は、ＰＤＭＳを形成するためのデカメチルシクロペンタシロキサンの反応などにおいて、随意に開環反応の型にある。ＰＤＭＳは最も商業上関連性のあるポリシロキサンである一方で、広範囲の脂肪族的に（ａｌｉｐｈａｔｉｃａｌｌｙ）及び芳香族的に（ａｒｏｍａｔｉｃａｌｌｙ）置換されたシラン及びシロキサンは、反応的である。
【０１５８】
１つの実施形態において、ポリシロキサン（例えば、本明細書に記載される任意のポリシロキサン）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程：及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１５９】
エポキシ：ＧＯはエポキシレジンの形成において活性である。これら反応は、グリシジルアルコール又はオキシランなどのエポキシド含有モノマーの開環の型にある。これら反応は、随意に２つの部分のエポキシ混合物の形態にあり、ここで、エポキシド含有モノマー（「レジン」）は、ＧＯ、及びトリエチレンテトラミン等の個別のポリオール又はポリアミン（「硬化剤」）と反応される。広範囲のエポキシド含有モノマーが使用され、上述のものに加え、酸化プロピレン、酸化スチレン、（２，３−エポキシプロピル）ベンゼン、１，２，７，８−ジエポキシオクタン、１，２−エポキシ−２−メチルプロパン、１，２−エポキシ−３−フェノキシプロパン、１，２−エポキシブタン、１，２−エポキシペンタン、２−メチル−２−ビニルオキシラン、３，４−エポキシ−１−ブテン、酸化シクロヘキセン、及び酸化シクロペンテンを含む。広範囲のポリオール又はポリアミンも使用され、トリエチレンテトラミン、エチレングリコール（及びそのオリゴマー）、プロピレングリコール、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、トリス（２−アミノエチル）アミン、プトレシン、カダベリン、スペルミジン、スペルミン、キシリルエンジアミン、或いはポリ（ビニルアルコール）又はポリ（アリルアミン）などの重合種（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｓｐｉｅｃｉｅｓ）を含む。
【０１６０】
１つの実施形態において、エポキシ（例えば、本明細書に記載される任意のエポキシ）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程：及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１６１】
ポリカーボネート：ＧＯ及び他の炭素触媒は、ポリカーボネート及びその複合体の形成において活性である。これら重合体／複合体の材料は、アルコール（例えばビスフェノールＡ、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、ジヒドロキシベンゾフェノン、及びテトラメチルシクロブタンジオール）の、求電子性のケトン（例えば、ホスゲン、ギ酸など）との反応におけるように、Ａ２＋Ｂ２型の重合から形成される。反応のアルコール又はケトン構成成分のいずれか（又は両方）は、随意に多機能である。多機能のアルコール（単一の分子上の２より多いアルコール部分）の例は、グリセリン、トリエタノールアミン、ペンタエリトリトール、及び様々なポリオールを含む。多機能のケトンの例は、エチレングリコールジホルマート、１，４−ブタンジオールジホルマート、及び他の多機能のホルマートを含む。炭酸ジメチルでの、アリルジグリコールカルボナート（ＣＲ−３９としても知られる）又はビスフェノール−Ａジアセテートの重合におけるように、ポリカーボネートはまた、カルボナート−エステル交換によって形成される。ポリカーボネートも、５−メチル−５−ベンジルオキシカルボニル−１，３−ジオキサン−２−オン、２，２−ジメチルトリメチレンカルボナート、２−フェニル−５，５−ビス（ヒドロキシメチルトリメチレンカルボナート）、又は５，５−ジメチルトリメチレンカルボナートの、それらの対応する巨大分子への開環重合におけるように、環状カーボネートに適用される開環方法を使用して形成される。ＧＯは、酸性又は他の機構によってこれらの重合を触媒するか、又は不活性なスペクテイター種であり得る。
【０１６２】
１つの実施形態において、ポリカーボネート（例えば、本明細書に記載される任意のポリカーボネート）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程：及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１６３】
＜官能的にされたモノマーを使用する、潜在型の架橋結合＞
【０１６４】
【化１】
2014508829.tif 000003
【０１６５】
ＧＯは、ペンダント官能性（ｐｅｎｄａｎｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）として、求核性（例えば、アルコールとアミン）、又は求電子性（例えば、カルボキシラート、ケトン及びエポキシド）の群を有する、オレフィンのモノマーを用いる２つの個別の方法で反応することが分かった。最初に、モノマーは、以前に記載されるように、カチオン重合経路を介してＧＯと反応することができ、結果としてポリオレフィン生成物をもたらす。ポリマーのこの形成の後、ペンダント官能性は、ＧＯ（それ自身の求核性及び求電子性の機能性を有する）の表面で縮合され、結果として高度に架橋結合された複合体をもたらす。重合反応は、ＧＯによる官能基の早期縮合を回避するよう、十分に低温（例えば、１００℃未満）で行なわれる。１，４−ブタンジオールモノビニルエーテルの場合、酸により始められた重合の後に形成されたポリマー生成物は、室温で流動性の特性を示す。ＧＯは、ポリマー中の準安定の懸濁液を形成することが分かった。この予め架橋結合された懸濁液は、型又は容器へ注がれ、次に、架橋結合プロセスを始めるために高温（１００℃より上）でアニールされる。架橋結合の際、生成物はもう流れない。この同じ反応の方法論は、ジエチレングリコールモノビニルエーテル又はトリエチレングリコールモノビニルエーテルなどの、他のヒドロキシル化されたビニルエーテルを使用して行なわれる。それはまた、以下のものを含む、陽イオン性に（ｃａｔｉｏｎｉｃａｌｌｙ）重合され得る他のヒドロキシル化されたモノマーを使用して行なわれる：４−ヒドロキシルスチレン又はヒドロキシル化されたＮ−ビニルカルバゾール（ｖｉｎｙｃａｒｂａｚｏｌｅｓ）。アルコキシド、アミン、硝酸塩、チオール、又はチオラートなどの他の求核分子は、モノマー上のヒドロキシル基の代わりに同様に設置される。カルボキシラート、アルケン、アルキン、ハロゲン化アルキル、アルキルメシラート、アルキルトシラート、ケトン、キノン又はジアゾニウム塩などの他の求電子分子は、同様に使用される。
【０１６６】
＜フッ化黒鉛＞
フッ化黒鉛（ＧＦ）は広範囲のフッ素化反応を触媒する。カーボンモノフルオリド又はポリ（カルボンフルオリド）としても知られるＧＦは、黒鉛又は他の炭素源をフッ素ガスなどのフッ素含有分子と反応させることにより調製される。これら反応は、限定されないが、本明細書に記載されるような、周囲又は不活性雰囲気；約−７８℃から約３５０℃までの温度範囲；及び約０．０１と１０００ｗｔ％の間の触媒充填を含む広範囲の反応条件下で、溶媒と共に、又は溶媒が無い状態で行われる。反応はＧＦにおいて触媒であり、ここで、ＧＦは、末端のソースから基質への、フッ素ガス又はフッ化水素酸などのフッ素の移動を媒介する。他の場合において、反応はＧＦにおいて化学量論であり、ここで、フッ素は、ＧＦ表面から基質まで直接移動される。フッ素化は、アリール又は脂肪族化合物などの様々な有機化合物に存在するＣ−Ｈ結合へのフッ素の挿入；Ｃ−Ｃ又はＣ−Ｈ結合の開裂；ハロゲン置換反応（例えば、塩素、臭素又はヨウ素の、フッ素での置換）；アルケン又はアルキンなどの、不飽和の部分へのフッ素の追加；又はそれらの幾つかの組み合わせを含む。反応的な基質は、小分子又はポリマーである。フッ素化は、過フッ化（即ち、すべての利用可能なＣ−Ｈ位置へのフッ素の導入）又は選択的なフッ素化（即ち、１つ以上の特定の位置へのフッ素の導入）を含む。フッ素化は、加電圧（例えば、電気フッ素化）の使用により増強される。
【０１６７】
フッ素−黒鉛層間化合物などのＧＦ、及びフッ素化反応を触媒する他のカーボンフルオリド種の化学的前駆体が、本明細書に提示される実施形態の範囲内で熟慮される。ＧＦ、ＧＦの前駆体、又は他のカーボンフルオリド種は、限定されないが、金属の、有機の、又は重合体のフッ素化触媒などの他のフッ素化触媒；共触媒；又はゼオライト、シリカ、又はアルミナなどの触媒支持体を含む、他の種の存在下で、又はそれらと組み合わせて、独立して使用される。
【０１６８】
フッ素で処理されたポリマー：ＧＦ、ＧＦの前駆体、又は他のカーボンフルオリド種は、脂肪族又は芳香族の化合物へのＣｘＦｙ基の追加を触媒し、ここで、ｘとｙは整数である。これら反応は、ＧＦ、ＧＦの前駆体、又は他のカーボンフルオリド種のいずれかにおいて触媒であり、ここで、ＣｘＦｙ部分は、Ｆ３ＣＳｉＭｅ３又はＣＦ３ＯＦなどの別のソースからのＣｘＦｙの移動を媒介するために使用され、又は、反応は、ＧＦ、ＧＦの前駆体、又は他のカーボンフルオリド種において化学量論である。化学量論の量のＧＦ、ＧＦの前駆体、又は他のカーボンフルオリド種を使用する反応において、触媒は、熱的に、化学的に、電気化学的に、又は力学的に分解し、有機種、無機種、又は重合体種と反応する反応的な炭素−フッ素フラグメントをもたらす。ＧＦにより媒介されるエチレンの過フッ化（例えばテトラフルオロエチレンの合成）、及び／又はフッ素で処理されたポリマー（例えばＴｅｆｌｏｎ（登録商標））の合成のためのさらなる重合が、本明細書に提示される実施形態の範囲内で熟慮される。ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、及びそれらの対応するフッ素で処理された誘導体に変換されるそれらの誘導体などの、他の炭化水素ベースのポリマー、又は、ヘテロ原子により（ｈｅｔｅｒｏａｔｏｍｉｃａｌｌｙ）官能的にされたポリマーが、本明細書に提示される実施形態の範囲内で熟慮される。
【０１６９】
１つの実施形態において、ポリフッ素化したポリマー（例えば、本明細書に記載される任意のポリフッ素化したポリマー）又はコポリマー、複合体、或いはそのコポリマー複合体の合成方法が、本明細書で提供され、該方法は、モノマーを触媒活性の炭素触媒と接触させる工程；及び、ポリマー生成物と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いてモノマーを変換する工程を含む。
【０１７０】
＜ポリマー複合体＞
前述のポリマー、及び酸化グラフェン又は酸化黒鉛の何れかを含むポリマー複合体、或いはその誘導体も、本明細書中に示された実施形態の範囲内で熟慮される。具体的な実施形態において、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、形成後のポリマーマトリクス中に酸化グラフェン又は酸化黒鉛（又はその誘導体）を含むポリマー複合体を形成するために使用される。そのような複合体を形成するために、その反応は酸化グラフェン又は酸化黒鉛を使用して触媒され、それは、重合の後、ポリマーマトリクスの全体にわたって分散される。空洞のポリマーマトリクスを形成するため、酸化グラフェン又は酸化黒鉛が除去される。異なる複合体を形成するため、酸化グラフェン又は酸化黒鉛が除去された後、他の材料はポリマーマトリクスに随意に加えられる。酸化グラフェン又は酸化黒鉛の材料の除去を促進するために、それは随意に、共有結合的にポリマーマトリクスに結合されない。
【０１７１】
現在の反応の１つの利点は、充填剤を加える必要のないワンステッププロセスにおいて炭素を充填したポリマー複合体を生産する能力であるが、それにも関わらず、炭素又は他の賦形剤は、例えば、より大量の充填剤を得るため又は異なるタイプの充填剤を提供するため、必要であれば反応混合物に加えられる。
【０１７２】
本明細書に記載される方法によって合成されたポリマー複合体（特に炭素を含むもの）は、力学的に頑丈である。加えて、ポリ（アニリン）などの幾つかは、エネルギー貯蔵に役立つ。
【０１７３】
幾つかの実施形態において、本開示の方法は、難しい重合反応でさえも触媒する。例えば、酸化グラフェンは、図４に示されるようなポリ（フェニレンメチレン）にベンジルアルコールを重合するために使用される。典型的に、濃縮した酸及び高温は、ベンジルアルコールの脱水重合を促進するために必要とされる。酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、酸と共に典型的に使用されるよりも十分に低温で高転化率の反応を促進するのに、十分に酸性である。加えて、酸化グラフェン又は酸化黒鉛は、この反応に典型的に使用されるほとんどの酸よりもはるかに安全である。そのような重合反応は、力学的及び熱的に頑丈な酸化グラフェン又は酸化黒鉛を含むポリマー複合体をもたらす。
【０１７４】
１つの態様において、ポリマーマトリクス中に分散する約１ｎｍ乃至約１ｎｍの間の粒径を有する、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒を含むポリマー複合体が、本明細書で提供される。幾つかの実施形態において、ポリマーは、モノマーと、モノマーの重合反応の触媒作用によりポリマーマトリクスの生産を可能にするのに十分な時間及び温度で、約１ｎｍ乃至約１マイクロメートルの間の粒径を有する触媒活性の炭素触媒を接触させることにより、合成される。別の態様において、ポリマーマトリクス中で分散した準安定のグラフェンを含むポリマー複合体が、本明細書で提供される。また別の態様において、合成されたポリマー複合体が本明細書で提供され、ここで、上述の第１のポリマー複合体は更に、合成されたポリマー複合体を提供するため、上述のポリマー複合体と、追加のモノマー、又は予め形成されたポリマー、或いは追加のポリマー複合体を接触させることによって、合成される。
【０１７５】
＜粒径の制御＞
ＧＯ又は他の炭素添加物を含む、又はそれらを使用して調製されるポリマー複合体は、これら炭素添加物をそのマクロ組織に組み込む。これら追加の粒子又はラメラの大きさは、結果として生じる複合体の特性に影響を及ぼすことができる。力学的、熱的、光学的、障壁、及び電気的な性質は、複合体中の炭素添加物の物理的及び化学的な特性によって影響を受ける。例えば、非常に小さい（複合体を通過する光の波長より小さい）炭素添加物は、光学上透明であり得る。同様の屈折率を有する添加物及びマトリクスの使用も、複合体を透明にするために使用され得る。別の例として、マトリクス内で互いに接続することができる大きな層状の炭素添加物は、例外的に低い追加の充填にて、複合体内で電子又は熱の浸出を誘発するために使用され、複合体を電気的に及び／又は熱的に伝導性にする。大きな層状の添加物はまた、ガス又は他の分子の実体の拡散にあまり浸透性でない複合体を与え得る。
【０１７６】
炭素触媒の粒径及び形態学は、以下の１つ以上を修飾することにより随意に制御される：出発物質（例えば、黒鉛ソース）；ＧＯ又は他の炭素触媒を調製するために使用される反応手順（例えば、酸化体同一性／内容、反応時間、温度、攪拌プロトコルなど）；及び、反応後の手順（例えば、濾過、遠心分離、ボールミル粉砕、熱処理など）。同様に、炭素触媒をモノマーと反応させるために使用される重合手順（例えば、時間、温度、混合プロトコル、アニーリングなど）は、粒径、同様に、ポリマーマトリクス内の炭素添加物の分散の範囲及び性質を更に制御するために随意に使用される。幾つかの実施形態において、粒径は約１ｎｍ乃至約１μｍの間である。幾つかの実施形態において、粒径は約４００ｎｍ未満である。幾つかの実施形態において、粒径は約１ｎｍ乃至約４００ｎｍの間である。幾つかの実施形態において、粒径は約１ｎｍ乃至約３００ｎｍの間である。幾つかの実施形態において、粒径は約１ｎｍ乃至約２００ｎｍの間である。幾つかの実施形態において、粒径は約１ｎｍ乃至約１００ｎｍの間である。幾つかの実施形態において、粒径は約１ｎｍ乃至約５０ｎｍの間である。
【０１７７】
＜複合体の合成＞
ＧＯ又は他の炭素添加物を含むポリマー複合体は、準安定のグラフェン又は他の炭素添加物のソースとして使用される。幾つかの実施形態において、準安定のグラフェンは、ポリマーマトリクス内で動力学的に捕捉され得るグラフェンを指す。複合体（以下に示されるスキームにおいて、複合体Ａ）としてこれら添加物を含んでいる材料は、未反応モノマー、個別の予め形成されたポリマー、又は個別の複合体（任意の添加物、炭素、又はその他のものを含み得る）と随意に混合される。複合体Ａの中で最初に分散される炭素添加物はその後、生成物の中で分散するようになり、新しい複合体の実体（以下に示されるスキームにおいて、複合体Ｂ）を形成する。プロセスは、複合体Ａに最初に存在する炭素添加物を効果的に希釈し、複合体Ｂは、複合体Ａが行うように、完全に独特な、又は同時に同様の特性（力学的、熱的、障壁、光学的、電気的など）を有する。複合体Ａを、モノマー、予め形成されたポリマー、又は複合体と混合する任意の方法が、随意に利用される。
【０１７８】
【化２】
2014508829.tif 000004
【０１７９】
本開示の方法によって調製されたポリマー複合体は、様々な新しい特性及び改善された特徴を持つと予想される。１つの態様において、本開示の方法によって調製されたポリマー複合体は、改善した力学的特性を有すると予想される。１つの態様において、本開示の方法によって調製されたポリマー複合体は、改善した熱的特性を有すると予想される。１つの態様において、本開示の方法によって調製されたポリマー複合体は、改善した電子的特性を有すると予想される。
【０１８０】
本開示の方法は種々様々な適用において使用される。例えば、方法は、自動車産業及び航空宇宙産業で使用される、低コスト又は力学的に頑丈な材料を生産するために使用される。導電性複合体は、電子工業において使用される。ポリマー複合体において少量の炭素を使用する能力は、低重量の材料の生産を可能にし、また、自動車産業及び航空宇宙産業に役立つ。追加の試薬又は溶媒を必要としないもの等の、反応の単純性は、工業的生産のためのそれらのスケールアップを促進する。
【０１８１】
本開示の方法はまた、製薬産業における適用を有する。カルコンは、フラボノイド及び他の薬学的に重要な材料のための重要な前駆体であり、製薬産業の外側で多くの用途がある。加えて、酸化グラフェン又は酸化黒鉛における金属の不足は、製薬又は農産物を生産する反応など、金属汚染が懸念である反応において、又は、生成物が更なる反応にさらされる、又は金属汚染に敏感である更なる適用において使用されるなど、それが有害である反応において、これら方法の使用を可能にする。
【０１８２】
＜バイオ燃料＞
ＧＯ及び他の炭素触媒は、藻類由来のバイオディーゼルを含むバイオ燃料の調製及び精製において活性である。反応は、ＧＯを、自然な脂質又は脂肪酸と直接反応させることにより行なわれ（広範囲の前駆体は、未精製のバイオマスから高度に精製された脂質まで及ぶ、この役割において使用され得る）、これら反応は、グリセリド及び他の脂質を、脂肪酸又はエステル、バイオブタノール、バイオガソリン、或いは他のバイオ燃料生成物に変換させる、水又はアルコールとのエステル交換反応を含む。ＧＯも、他の触媒を使用して調製されたバイオ燃料ストリームを精製するために使用される；この精製は、単一ステップ手順及び多重ステップ手順をそれぞれ表わす、使用可能なバイオ燃料への未加工のバイオマスの前述の変換に関して、平行して、又は連続して行なわれる。未精製のバイオ燃料で見つかった、広範囲の自然に発生する汚染物質の存在下で、ＧＯの活性が保持されると予想される。これら汚染物質は、ハロゲン（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素）又はハロゲンを含む分子、金属、自然又は合成の有機及び無機の材料、或いは他のバイオマスを含む。ＧＯが他の触媒と共に使用される場合、ＧＯは触媒と無関係に反応し、又は相乗効果を示す。
【０１８３】
１つの実施形態において、バイオ燃料（例えば、本明細書に記載される任意のバイオ燃料）の合成方法が本明細書で提供され、該方法は、触媒活性の炭素触媒を前駆体（例えば、本明細書に記載される前駆体）と接触させる工程；及び、バイオ燃料と、使用済みの又は部分的に使用済みの炭素触媒の混合物を形成するため、触媒活性の炭素触媒を用いて前駆体を変換させる工程を含む。
【０１８４】
＜分解性ポリマー＞
ＧＯ及び他の炭素触媒は、生分解性のポリマー複合体の形成に使用される。重合触媒としての使用により、巨大分子の形成後にポリマーと混合することにより、又は溶解したポリマーとの溶液位相反応性（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｐｈａｓｅ  ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ）によっての何れかでポリマーに組み込まれる時、ＧＯは、利用される反応性を保持する。この反応性は、例えば、酸素の機能的な群（例えばアルコール、ケトン、エーテル、エステルなど）の設置を通じるポリスチレンの酸化を可能にする、酸化反応性の型にある。ポリスチレン（上記スキームを参照）のバックボーン、又はエーテル或いはエステルの部分のバックボーンへの挿入時のカルボニル基の形成におけるように、これら官能基は、ポリマーの主鎖上に、又はその中に存在する。挿入された官能基はまた、幾つかの場合において、ポリスチレン（上記スキーム上のより低いルート）中に存在するフェニル基の修飾におけるように、ポリマー中に本質的に存在するペンダント官能性の修飾として存在する。官能基の導入に際して、様々な方法を使用して調製されたポリスチレン、ポリエチレン、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリ（アクリル酸メチル）、及び他の不活性なポリマーなどの不活性なポリマーは、酸化され、それにより、生物学的又は非生物学的なソースによって分解に向けて反応的にされるであろう。材料を解重合するバクテリア、酵素、又は他のバイオマスの使用におけるように、これらの分解ソースは、本来生物学的なものであり得る。これら分解ソースはまた、材料を解重合する水蒸気処理の使用におけるような、本来非生物学的なものであり得る。
【０１８５】
酸化グラフェン又は酸化黒鉛、及び他の炭素触媒も、酸又は塩基により触媒されたポリマーの分解において使用される。例えば、ポリエステルとポリアミドは、触媒と反応させられる。反応性のこの様式において、ポリマーのバックボーンを形成する官能基は、触媒上に存在する官能基との反応によって開裂される。この経路を通る反応に敏感なポリマーは、例えば、ポリ（ε−カプロラクトン）等の脂肪族、Ｋｅｖｌａｒ又はＮｏｍｅｘなどの芳香族、或いはポリ（エチレンテレフタレート）などの混合物である。ポリマーはまた、純粋なポリエステル、純粋なポリアミド、又はその２つの混合物を包含する。触媒による開裂に敏感な官能性はまた、排他的にポリマーのバックボーンの一部ではなく、ポリマーの側鎖の一部であり得る。そのような反応シナリオにおいて、ポリマーのバックボーンは無傷のまま残り、一方で側鎖は、それらの対応する分解生成物への変換を受ける。例えば、ポリ（酢酸ビニル）は、酸化グラフェン又は酸化黒鉛或いは他の炭素触媒との、前者の反応を通じてポリ（ビニルアルコール）に変換される。同様に、ポリ（ｔ−アクリル酸ブチル）及びポリ（アクリル酸メチル）などのポリ（アクリル酸エステル）は、ポリ（アクリル酸）を形成するために酸化グラフェン又は酸化黒鉛と反応させられる。開裂の程度は制御され、出発するモノマー及び開裂されたモノマーを含む様々なコポリマーを得る。炭素触媒は、ポリマーマトリクス内に残り、補強されたポリマー複合体の形成をもたらすか、又は純粋なホモポリマー或いはコポリマーを得るために除去される。
【実施例】
【０１８６】
本発明は、以下の実施例への言及を通じて、より良く理解され得る。これら実施例は、典型的な実施形態のみを記載するために含まれており、本発明の全体を包含すると解釈されるべきでない。
【０１８７】
＜実施例１：酸化グラフェン又は酸化黒鉛の触媒の調製＞
これら実施例に含まれる幾つかの実験において使用される、酸化グラフェン又は酸化黒鉛を、以下の方法に従って調製した。他のものを、シュタウデンマイアーの方法を使用して調製した。両方の方法は、適切な触媒をもたらした。
【０１８８】
修飾されたハマーの方法を、酸化黒鉛を調製するために使用した。１００ｍＬの反応フラスコに、天然のりん状黒鉛（３．０ｇ；ＳＰ−１，  Ｂａｙ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｉｎｃ．又はＡｌｆａ  Ａｅｓａｒ［９９％；７−１０μｍ］）、濃縮した硫酸（７５ｍＬ）、及び撹拌バーを加え（ｃｈａｒｇｅｄ  ｗｉｔｈ）、その後、氷層の上で冷却した。その後、フラスコを２時間にわたり、ＫＭｎＯ４（９．０ｇ）をゆっくりと加え、暗い色の混合物を得た。追加の割合を注意深く制御し、懸濁液の温度が２０℃を超えるのを防いだ。０℃で１時間攪拌した後、混合物を３５℃で０．５時間加熱した。その後、フラスコを室温にまで冷却し、混合物を１５０ｍＬの氷水に注ぐことにより反応物をクエンチし、室温で０．５時間攪拌した。混合物を、水で４００ｍＬにまでさらに希釈し、過酸化水素（７．５ｍＬ）の３０％の水溶液で処置した。その後、結果として生じる鮮やかな黄色の混合物を濾過し、水性のＨＣｌ溶液（６．０Ｎ）（８００ｍＬ）と水（４．０Ｌ）で洗浄した。濾液をｐＨ値が中性となるまで監視し、沈殿物は、濾液に水性の塩化バリウム又は硝酸銀を加えるまで観察されなかった。濾過した固形物を収集し、高真空下で乾燥して、暗褐色の粉末として所望の生成物（５．１ｇ）を得た。スペクトルのデータは文献の値と一致した。
【０１８９】
＜実施例２：酸化黒鉛の調製＞
１００ｍＬの反応フラスコに、天然のりん状黒鉛（６．０ｇ；ＳＰ−１，  Ｂａｙ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｉｎｃ．又はＡｌｆａ  Ａｅｓａｒ［９９％；７−１０μｍ］）、濃縮した硫酸（２５ｍＬ）、Ｋ２Ｓ２Ｏ８（５ｇ）、Ｐ２Ｏ５（５ｇ）、及び撹拌バーを加え、その後、混合物を８０℃で４．５時間加熱する。その後、混合物を室温にまで冷却する。次に、混合物を水（１Ｌ）で希釈し、約８−１０時間の期間、そのままにした。予め処置した黒鉛を濾過によって集め、水（０．５Ｌ）で洗浄する。沈殿物を１日間空気中で乾燥し、濃縮したＨ２ＳＯ４（２３０ｍＬ）に移す。その後、混合物に、２時間にわたりＫＭｎＯ４（３０ｇ）をゆっくりと加え、暗い色の混合物を得た。追加の割合を注意深く制御し、懸濁液の温度が１０℃を超えるのを防ぐ。混合物を０℃で１時間撹拌する。その後、混合物を３５℃で２時間加熱する。その後、フラスコを室温にまで冷却し、混合物を４６０ｍＬの氷水に注ぐことにより反応物をクエンチし、室温で２時間攪拌する。混合物を水で１．４Ｌまでさらに希釈し、過酸化水素（２５ｍＬ）の３０％の水溶液で処置する。その後、結果として生じる鮮やかな黄色の混合物を濾過し、水性のＨＣｌ溶液（１０％）（２．５Ｌ）で、次に水で洗浄する。濾液をｐＨ値が中性になるまで監視し、沈殿物は、濾液に水性の塩化バリウム又は硝酸銀を加えるまで観察されない。濾過した固形物を収集し、高真空下で乾燥し、暗褐色の粉末として生成物（１１ｇ）を得た。
【０１９０】
＜実施例３：酸化黒鉛の調製＞
２５０ｍＬの反応フラスコに、天然のりん状黒鉛（１．５６ｇ；ＳＰ−１  Ｂａｙ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｉｎｃ．又はＡｌｆａ  Ａｅｓａｒ［９９％；７−１０μｍ］）、５０ｍＬの濃縮した硫酸、２５ｍＬの発煙硝酸、及び撹拌バーを加え、その後、氷槽の中で冷却する。その後、フラスコに、攪拌下でＮａＣｌＯ３（３．２５ｇ；  注：幾つかの場合において、ＮａＣｌＯ３が、反応中に形成し得るＫＣｌＯ４の水性の不溶性により、ＫＣｌＯ３にわたって望ましい）を加える。ＮａＣｌＯ３（３．２５ｇ）の更なる追加を、１日当たり連続して１１時間行なう。この手順を３日間繰り返す。結果として生じる混合物を、２Ｌの脱イオン水に注ぐ。その後、不均一な分散液を、粗いフリット漏斗又はナイロン薄膜フィルタ（０．２μｍ、Ｗｈａｔｍａｎ）によって濾過し、分離された材料を、追加の脱イオン水（３Ｌ）と６Ｎ  ＨＣｌ（１Ｌ）で洗浄する。濾過した固形物を収集し、高真空下で乾燥し、暗褐色の粉末として生成物（３．６１ｇ）を得た。
【０１９１】
＜実施例４：酸化グラフェンの調製＞
グラフェン基質を反応チャンバにおいて提供する。基質は、３１５０ｃｍ−１、１６８５ｃｍ−１、１２８０ｃｍ−１、又は１１４０ｃｍ−１で、１つ以上のＦＴ−ＩＲピークを示さない。次に、酸素のプラズマ励起種を、プラズマ発生器から反応チャンバに向け、グラフェン基質の露出した表面に接してもたらす。基質のＦＴ−ＩＲスペクトルが３１５０ｃｍ−１、１６８５ｃｍ−１、１２８０ｃｍ−１、又は１１４０ｃｍ−１で１つ以上のピークを示すまで、グラフェン基質を酸素のプラズマ励起種に露出する。グラフェン基質は、グラフェン基質の露出した表面上に酸化グラフェンの層を有する。
【０１９２】
＜実施例５：酸化グラフェン又は酸化黒鉛を使用する重合＞
＜（Ａ）ナイロン６の合成＞
典型的な調製において、バイアルに、酸化グラフェン又は酸化黒鉛、ε−カプロラクタム、ＣＨＣｌ３、及び磁気撹拌バーを加える。その後、バイアルを周囲雰囲気下でテフロン（登録商標）ラインキャップ（Ｔｅｆｌｏｎ−ｌｉｎｅｄ  ｃａｐ）で密閉し、２００℃で２４時間加熱する。反応の完了後、混合物を室温にまで冷却し、ＣＨ２Ｃｌ２で洗浄する。濾液を収集し、溶媒を蒸発させ、未精製の生成物を得て、それをその後、標準手順によってさらに精製する。
【０１９３】
＜（Ｂ）ナイロン６，６の合成＞
典型的な調製において、バイアルに、酸化グラフェン又は酸化黒鉛、アジピン酸、及びヘキサメチレンジアミン、ＣＨＣｌ３、並びに磁気撹拌バーを加える。その後、バイアルを周囲雰囲気下で、テフロン（登録商標）ラインキャップで密閉し、１５０℃で３６時間加熱する。反応の完了後、混合物を室温にまで冷却し、ＣＨ２Ｃｌ２で洗浄する。濾液を収集し、溶媒を蒸発させ、未精製の生成物を得て、それをその後、標準手順によってさらに精製する。
【０１９４】
＜実施例６：脱水重合＞
ポリ（フェニレンメチレン）（ＰＰＭ）を、ベンジルアルコール又は塩化ベンジルをＧＯと反応させることにより調製する。反応は、改善された力学的及び熱的な特性を備えたポリマー複合体の生成物を提供する。
【０１９５】
ＰＰＭ−ＧＯ複合体を調製するために使用される基本手順。３０ｍＬのバイアルに、ベンジルアルコール（３．０ｇ）、ＧＯ（０−１０ｗｔ％）、濃縮したＨ２ＳＯ４（０．０３ｇ）、及び磁気撹拌バーを加えた。濃縮したＨ２ＳＯ４を、出発する混合物において７．５ｗｔ％より大きなＧＯを含む反応に加えなかった。バイアルを周囲雰囲気下で、テフロン（登録商標）ラインキャップで密閉し、結果として生じる不均一な混合物を、室温で１時間（相対的な湿度：４０−７０％）攪拌した（３００ｒｐｍ）。その後、混合物を１４時間、連続攪拌下で２００℃に加熱した（２００℃未満の温度又は１４時間未満の時間は、未反応のベンジルアルコールを含むことが分かった）。その後、反応物を室温にまで冷却し、その時点でポリマー溶融物は凝固した。反応位相中に生成された水は生成物から分離し、黒い固形物（２．６５ｇ）としてポリマー複合体を得た。
【０１９６】
動的機械分析（ＤＭＡ）を使用して、添加剤の無いポリマーは、およそ３５℃で軟化点（Ｔｓ）を示すことが分かった。１０ｗｔ％のＧＯを使用して調製されるＰＰＭ複合体において、対応するＴｓを４８℃で測定し、ポリマーの軟化点が、炭素を充填した複合体への組み込みの際に増強されたことを示す。関連するポリ（ｐ−キシリレン）上で測定された前の結果と一致して、添加物の無いＰＰＭは、熱により安定しているように思われ、熱重量分析（ＴＧＡ）によって４６４℃での分解（Ｔｄ）の開始を示した。添加物が様々なＧＯ充填（即ち、Ｔｄは４４５−４６３℃に及ぶ）で組み込まれた時にのみ、分解の開始が乱れた。試験された複合体の全てにおいて、分解は、段階的な事象よりも単一の事象において生じ、マトリクスと添加物の間の共同的効果を示唆した。Ｔｓの前に、添加物の無いポリマーは、４０ＭＰａの弾性率（Ｅ’）を示した；しかし、Ｅ’は、出発する混合物において１０ｗｔ％のＧＯの組み込みの際に、９１５ＭＰａにまで増加した。
【０１９７】
＜実施例７：オレフィン重合＞
ポリ（ビニルエーテル）を、ビニルエーテルモノマー（例えば、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテルなど）をＧＯと反応させることにより調製する。反応は、改善された力学的性質を備えたポリマー複合体生成物を提供する。
【０１９８】
ポリ（ブチルビニルエーテル）（ＰＢＶＥ）を調製するために使用される基本手順。７．５ｍＬのバイアルに、ブチルビニルエーテル（１．０ｇ）、ＧＯ（０．１−５．０ｗｔ％）、及び磁気撹拌バーを加えた。バイアルを周囲雰囲気下で、テフロン（登録商標）ラインキャップで密閉し、結果として生じる不均一な混合物を、２２℃で４時間撹拌した（３００ｒｐｍ）。ポリマーを、定量的な収量に至って不均一に分散された炭素粒子を備えた琥珀色の液体として分離し、更に精製を必要としない。
【０１９９】
ＤＳＣによって測定されるように、ポリマーは、−６３℃のガラス転移温度（Ｔｇ）を示し、これは、ＰＢＶＥに関する前の報告書と一致している。熱的安定性もＴＧＡ実験で発見され、それは、高分子触媒複合体が高度に安定していることを明らかにし、３５４℃の分解温度（Ｔｄ）を示した。残留炭素触媒をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）における粉砕によって除去した時、Ｔｇ又はＴｄの変化は観察されなかった。
【０２００】
２．５ｗｔ％のＧＯを２２℃でブチルビニルエーテルと混合すると、モノマーの９７．８％は、５分以内にＰＢＶＥに変換され、この反応時間で得たポリマーは、１４時間後に得られる生成物とほぼ同じ分子量（Ｍｎ＝５４００）及び多分散性（ＰＤＩ＝１０．３７）を示した。４時間後、未反応のモノマーは、１Ｈ  ＮＭＲ分光法によって観察されなかった。４時間の反応期間の終結に際して、同様の分子量及び多分散性の生成物を得た（Ｍｎ＝５１００Ｄａ及びＰＤＩ＝１０．８９）。
【０２０１】
反応は、ＧＯがない状態で観察されず、ブチルビニルエーテルがこれらの条件下で自己重合しなかったことを示した。同様に、０．０１ｗｔ％のＧＯが使用された時、低いモノマー変換（１Ｈ  ＮＭＲ分光法によって測定されるように２．３％）及び分子量（７００Ｄａ対５４００Ｄａ）が観察された。充填として増加した変換は、０．１、１．０、２．５、又は５．０ｗｔ％にまで増加したが、ポリマーの分子量は減少した：８１００Ｄａの最大のＭｎを０．１ｗｔ％で観察し、一方で最小５０００Ｄａを５．０ｗｔ％で観察した。
【０２０２】
触媒活性の官能基の保持と一致して、触媒を、再活性化又は更なる処置無しで、回収後に再使用することができた。５つの使用の回収サイクルの後、モノマー変換は、標準条件（２．５ｗｔ％の触媒、２２℃、未希釈（ｎｅａｔ）、４時間）の下で９．２％だけ落ちた。ＧＯを使用して調製されたＰＢＶＥの分子量は増加することが分かり、ＰＤＩは、触媒の再使用と共に減少し、炭素触媒の質量当たりの酸性の開始剤の量の減少に一致していることが分かった（即ち、より低い触媒とモノマーの比率）。
【０２０３】
＜実施例８：オレフィン重合＞
上述の手順を使用して、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）を、Ｎ−ビニルカルバゾールをＧＯと反応させることで調製し、改善された電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２０４】
ＧＯ（２．５ｗｔ％）を加えた時、最小のクロロホルムに溶解し、急速に及び発熱的に（ｅｘｏｔｈｅｒｍｉｃａｌｌｙ）重合したＮ−ビニルカルバゾールは、ブチルビニルエーテルのＧＯとの反応に非常に類似する。４時間後、未反応のモノマーはＮＭＲ分光法によって可視化されず、ＧＰＣは、１９００Ｄａの分子量（Ｍｎ）及び３０．７８の例外的に広いＰＤＩを明らかにした。
【０２０５】
＜実施例９：オレフィン重合＞
上述の手順を使用して、ポリ（スチレン）を、スチレンをＧＯと反応させることで調製し、改善された力学的特性、熱的特性、及び電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２０６】
＜実施例１０：オレフィン重合＞
上述の手順を使用して、ポリ（スチレンスルホネート）を、ナトリウム４−スチレンスルホネートをＧＯと反応させることにより調製し、改善された電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２０７】
調査された他のモノマーの多くとは対照的に、この出発するモノマーは、室温で固形の塩である。故に、溶媒（脱イオン水）の追加は、モノマーと炭素触媒の相互作用を促進するのに必要であった。ナトリウム４−スチレンスルホネートの飽和した水溶液を調製した（脱イオン水中のおよそ１８０ｍｇ  ｍＬ−１）。この溶液の０．１ｍＬのアリコートを、０．９ｍＬの脱イオン水と５０ｍｇのＧＯと混合した。混合物を密閉した容器の中で、１００℃で１２時間加熱し、モノマーを重合した。反応混合物を、複合体が真空濾過によって加熱されて超過メタノール（５０ｍＬ）で洗浄された後、メタノールにより１０ｍＬまで希釈し、未反応のモノマーを除去した。複合体に存在するＧＯの最大の還元を確実にするために、我々は、１７５℃で２４時間、真空下で加熱することにより、回収した複合体を熱還元にさらした。化学的な還元剤を利用しなかった。結果として生じる複合体は高度に伝導性であり（σ＝１．９３×１０２  Ｓ  ｍ−１）、効果的な還元が起こったことを示した。比較のため、ほんの２．５９×１０−３  Ｓ  ｍ−１の導電率を、熱処理にさらされない複合体のために観察して、その他の同一の条件下で調製した。
【０２０８】
質的に、複合体へのＰＳＳの組み込みを、ＦＴ−ＩＲ分光法によって確認し、それは、ポリマー上のスルフォナート基の存在に起因して、１２０３ｃｍ−１で、同様に１３６５及び１７１３ｃｍ−１のあまり強くない吸光度での診断の吸光度を明らかにした。
【０２０９】
＜実施例１１：開環重合＞
ポリ（カプロラクトン）（ＰＣＬ）を、ε−カプロラクトンをＧＯと反応させることにより調製し、改善された力学的特性、熱的特性、及び電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２１０】
ＰＣＬ−ＧＯ複合体を調製するために使用される基本手順。３０ｍＬのバイアルに、ε−カプロラクトン（３．０ｇ）、ＧＯ（２．５−２０ｗｔ％）、及び磁気撹拌バーを加えた。バイアルを周囲雰囲気下で、テフロン（登録商標）ラインキャップで密閉し、結果として生じる不均一な混合物を、６０℃で１４時間撹拌した（３００ｒｐｍ）。その後、反応物を室温にまで冷却し、その時点でポリマー溶融物は凝固した。ポリマー複合体を、定量的収量において黒い固形物として分離し、更なる精製を必要としなかった。炭素とポリマーを、３０ｍＬのジクロロメタン中のポリマーを溶解し、その後濾過し、３×３０ｍＬのジクロロメタンで固形の炭素を洗浄することにより、分離した。残存溶媒を、真空下（１０−３トル）で両方の構成成分から除去した。
【０２１１】
副反応は２．５ｗｔ％未満の充填で観察されなかったが、ＰＣＬへのε−カプロラクトンの変換は、１Ｈ  ＮＭＲ分光法によって測定されるように、不完全であった（ＧＯの１．０ｗｔ％の充填で１７％の変換；Ｍｎ＝５．１ｋＤａ、ＰＤＩ＝１．２６）。しかしながら、２．５ｗｔ％以上の充填を使用すると、モノマーの変換は一様に定量的である。ＴＨＦの中のポリマーの溶解、及び濾過による不溶性炭素材料の除去に際して、添加物の無いポリマーを、脱イオン水の中への析出によって、その後真空濾過回収によって、９１％の収量で回収した。回収されたポリマーの高収量は、炭素材料の表面へのポリマーの共有結合的な付着の範囲が最小であることを示した（炭素表面へのポリマー付着の更なる議論に関しては以下を参照）。ＧＯの酸性の表面の官能性が重合挙動のソースだったことを確認して、触媒を使用しなかった時、又は黒鉛或いは化学的に還元した酸化グラフェン（ＣＲｅＧＯ）を、その他同一の条件下（未希釈、６０℃、１４時間）でＧＯの代わりに用いた時、反応は観察されなかった。
【０２１２】
ＰＣＬは絶縁材料であるが、高い炭素充填では、部分的に還元されたＧＯを組み込む複合体は、伝導性であると分かった。２０ｗｔ％のＧＯ（出発する反応混合物中の）にて、複合体は、１．５５ｘ１０−３  Ｓ  ｍ−１の伝導率を示した。
【０２１３】
前述のポリマー複合体を更に調査するために、それらの熱力学的特性を、動的機械分析（ＤＭＡ）を使用して特徴づけた。２．５ｗｔ％の複合体の弾性率（Ｅ’）は、５０μｍの振動振幅及び１Ｈｚの周波数で、添加物の無いホモポリマーのために測定した２６０±１０ＭＰａと比較して、４５９±９ＭＰａであることが分かった。サンプルの失敗を、ポリマーの５６．４℃の融点（Ｔｍ）で観察した。複合体はまた、３７９．８℃の分解温度（Ｔｄ）を示した。ＰＣＬ複合体の弾性係数は、１０４５±８ＭＰａの最大のＥ’が１０ｗｔ％の充填に達するまで、ＧＯの充填と共に増加することが分かった。材料の膜上で行った張力の試験によって測定されるように、ヤング率はまた、ＧＯの充填と共に増加することが分かった。２．５ｗｔ％のＧＯを最初の混合において使用した時、炭素添加物の無いＰＣＬ中の１６４ＭＰａと比較して、複合体は３０４ＭＰａのヤング率を示した。１０ｗｔ％を越えると、Ｅ’は著しく落ちた。実際、２０ｗｔ％のＧＯを組み込む反応混合物は、増加した炭素含量のため、高度に相分離されることが分かり、我々は、このことが材料の結果として生じる貧しい力学的性質に結びつくと推論した。その結果、複合体の剛性は、ＧＯのより低い充填により調製された複合体と比較して減少した。総体として、熱力学のデータは、ＴｍとＴｄを本質的に平静なままにしている間、炭素触媒としてのＧＯの使用が、添加物の無いホモポリマーと比較して、劇的に改善された剛性を示した炭素により補強された複合体の形成をもたらしたことを、我々に示唆した。
【０２１４】
識別可能な反射は、本ＰＣＬ複合体又は分離された炭素材料の何れかの粉末Ｘ線回折パターンにおいて観察されず、炭素が十分に定義された集合体に再度積み重ならなかったことを示した。同様に、ＴＥＭは、無定形のＰＣＬマトリクス内の大きな黒鉛化された凝集を明らかにしなかった。炭素は、ポリマーマトリクス内に十分に分散し、個々の実体として、及び少数の粒子の小さな集合体においての両方で観察された。
【０２１５】
＜実施例１２：開環重合＞
ポリ（バレロラクトン）（ＰＶＬ）を、δ−バレロラクトンをＧＯと反応させることにより調製し、改善された力学的特性、熱的特性、及び電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２１６】
ＰＶＬ−ＧＯ複合体を調製するために使用される基本手順。３０ｍＬのバイアルに、δ−バレロラクトン（３．０ｇ）、ＧＯ（２．５ｗｔ％）、及び磁気撹拌バーを加えた。バイアルを周囲雰囲気下で、テフロン（登録商標）ラインキャップで密閉し、結果として生じる不均一な混合物を、６０℃で１４時間撹拌した（３００ｒｐｍ）。その後、反応物を室温にまで冷却し、その時点で未精製の混合物は凝固した。炭素とポリマーを、３０ｍＬのテトラヒドロフランの中のポリマーを溶解することにより分離し、その後、濾過し、３×３０ｍＬのテトラヒドロフランにより固形の炭素を洗浄した。その後、ポリマーを脱イオン水に沈殿させて、未反応のモノマーを除去し、真空濾過によって分離し、白色固形物（２．６ｇ、８６％）として分離した。残存溶媒を、真空下（１０−３トル）で両方の構成成分から除去した。
【０２１７】
ポリマーを２．５ｗｔ％のＧＯの充填にて８６．２％収量で回収し、５６．５℃の融点（Ｔｍ）を示した。ＴＧＡは、ＰＶＬについて以前に報告された値と一致している２６９．４℃の分解温度（Ｔｄ）を明らかにした。ＧＰＣによって測定されるように、分離されたＰＶＬの分子量（Ｍｎ）は、１０．２ｋＤａ（ＰＤＩ＝１．６４）であることが分かった。ＧＯ充填が５．０又は１０．０ｗｔ％のＧＯに対して増加するため、ポリマー生成物の分離された収量はほぼ一定のままであったが、我々は、分子量のわずかな増加及びＰＤＩのわずかな減少を観察した。δバレロラクトンは、その他の同一の条件下（未希釈、６０℃、１４時間）でＧＯがない状態、又は弱酸（２．５ｗｔ％の氷酢酸）がある状態で重合しなかった。しかしながら、より強い酸（２．５ｗｔ％の濃縮したＨ２ＳＯ４）の存在下で、その他の同一の条件下（未希釈、６０℃、１４時間）では、ラクトンを、６０．４％の収量において７．６ｋＤａ（ＰＤＩ＝１．９３）の分子量（Ｍｎ）に重合することができた。Ｈ２ＳＯ４を使用して調製されるＰＶＬの融点（５２．１℃）及び分解温度（２６８．２℃）は、触媒としてＧＯを使用して調製されるサンプルと一致していた。
【０２１８】
＜実施例１３：開環重合＞
ポリ（ブチロラクトン）を、上述されるようにβ−ブチロラクトンをＧＯと反応させることにより調製し、改善された力学的特性、熱的特性、及び電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２１９】
＜例１４：開環重合＞
ポリ（カプロラクタム）を、ε−カプロラクタムを塩基化したＧＯと反応させることにより調製し、改善された力学的特性、熱的特性、及び電子的特性を備えた生成物を得る。
【０２２０】
ナイロン６−ＧＯ複合体を調製するために使用される基本手順。３０ｍＬのバイアルに、ε−カプロラクタム（３．０ｇ）、塩基化したＧＯ（塩基化したＧＯ）（５．０ｗｔ％）、及び磁気撹拌バーを加えた。バイアルを窒素によりパージし、テフロン（登録商標）ラインキャップで密閉した。結果として生じる不均一な混合物を、３００℃で１４時間撹拌した（３００ｒｐｍ）。その後、反応物を室温にまで冷却し、その時点でポリマー溶融物は凝固した。炭素とポリマーを、３０ｍＬのギ酸（８８％  ａｑ．）の中のポリマーを溶解することにより分離し、その後、濾過し、３×３０ｍＬのギ酸により固形の炭素を洗浄した。残存溶媒を、真空下（１０−３トル）で両方の構成成分から除去した。ポリマーを含むギ酸溶液を脱イオン水（１Ｌ）に沈殿させ、真空濾過によって回収し、真空下で乾燥させ、白色固形物（２．４ｇ、８０％）として標的生成物を得た。
【０２２１】
３００℃で１４時間、塩基化したＧＯ（２．５−１０．０ｗｔ％）の存在下でε−カプロラクタムを反応させた後、ポリマー及び未反応のモノマーをギ酸（８８％  ａｑ．）に溶解し、その後濾過し、残留炭素材料を除去した。その後、濾液を脱イオン水に沈殿させ、濾過による回収後、優れた収量（５．０ｗｔ％の塩基化したＧＯを使用した時、７０．０％）のポリマー生成物を得た。
【０２２２】
粘性の平均分子量（Ｍｖ）を、ギ酸（８８％  ａｑ．）において希薄溶液粘度法（ＤＳＶ）によって測定し、１４．８〜１５．１ｋＤａの間にあることが分かった。ＴＧＡによって測定された、分離されたポリマーのＴｄは、脂肪族ポリアミドの高い耐熱性と一致している４０９．２℃であることが分かった。塩基化したＧＯの１０．０ｗｔ％の充填にて、ＤＳＶによって測定されるように、沈澱と分子量が１３．２−１３．５ｋＤａの範囲にまで還元された後、ポリマーを、わずかに還元した収量（６０．６％）で回収した。反対に、ポリマーの低い収量（＜０．５％）のみを、２．５ｗｔ％の塩基化したＧＯの充填にて得た。
【０２２３】
本発明の好ましい実施形態が本明細書中に示され、記載されてきた一方、そのような実施形態が、実施例のみによって提供されることは当業者にとって明白であろう。多数の変更、変化、及び置換は現在、本発明から逸脱することなく、当業者によって想到されるであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代替案が、本発明を実行する際に利用され得ることを理解されたい。以下の請求の範囲は本発明の範囲を定義するものであり、これら請求の範囲及びそれらの同等物の範囲内の方法及び構造は、それによって包含されることが意図される。
【図１】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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