擬制クラスレート構造を安定化させた新規ハイドロキノン-アルミナ複合材料の開発。ガス処理への応用

Novel Hydroquinone-Alumina Composites Stabilizing a Guest-Free Clathrate Structure: Applications in Gas Processing.

• Romuald Coupan
• Peter Moonen
• Christophe Dicharry
• Frederic Plantier
• Joseph Diaz
• Eve Péré
• Abdel Khoukh
• Fabrice Guerton
• Pascale Senechal
• Cédric Charvillat
• Marie-Line DE Solan
• Jean-Philippe Torré

抄録

ハイドロキノン（HQ）とCOやCHなどの気体によって形成される有機クラスレートは、気体のゲスト分子がHQ分子のホスト骨格に包摂された固体の超分子ホスト-ゲスト化合物であり、この包摂化合物は科学的に興味深いだけでなく、ガス分離などの実用的な用途にも利用されています。これらの包接化合物は、魅力的な科学的珍奇性を持つだけでなく、ガス分離などの実用的なアプリケーションにも使用することができます。しかし、クラスレートベースのプロセスの開発と将来の利用は、使用する反応性材料の効果に大きく左右されます。これらの材料は、高速で選択的な封鎖反応を可能にし、大きなガス貯蔵容量を持つ必要があります。この記事では、アルミナ粒子上にハイドロキノン（HQ）を蒸着したガスクラスレートを形成することができる新しい複合材料の特性と性能について議論します。ハイドロキノン-アルミナ複合材料の一般的な特性は別として、最も注目すべき観察の一つは、複合材料の内部に長期安定性（2年以上）を持つゲストフリーのクラスレート構造が予想外に形成されたことです。興味深いことに、粉末のHQに比べて純粋なCOの包囲反応速度がわずかに改善されたことに加えて、等モルのCO/CHガスにHQ-アルミナ複合材料を曝露すると、CO分子が優先的に捕捉されることが観察されました。COに対するガス捕捉の選択性という点では、この新しい複合材料の性能は、先の研究で開発された純粋なHQやHQ-シリカ複合材料の性能を上回っており、ガス分離のためのこれらの新しい材料の設計と使用のための新たな機会を開くことができました。

Organic clathrates formed by hydroquinone (HQ) and gases such as CO and CH, are solid supramolecular host-guest compounds, in which the gaseous guest molecules are encaged in a host framework of HQ molecules. Not only are these inclusion compounds fascinating scientific curiosities, but they can also be used in practical applications such as gas separation. However the development and future use of clathrate-based processes will largely depend on the effectiveness of the reactive materials used. These materials should enable fast and selective enclathration, and have a large gas storage capacity. This article discusses the properties and performance of a new composite material able to form gas clathrates with hydroquinone (HQ) deposited on alumina particles. Apart from the general characterization of the HQ-alumina composite, one of the most remarkable observations is the unexpected formation of a guest-free clathrate structure with long term stability (>2 years) inside the composite. Interestingly enough, in addition to a slight improvement in the enclathration kinetics of pure CO compared to powdered HQ, preferential capture of CO molecules is observed when the HQ-alumina composite is exposed to an equimolar CO/CH gas mixture. In terms of gas capture selectivity toward CO, the performance of this new composite exceeds that of pure HQ and HQ-silica composites developed in a previous study, opening up new opportunities for the design and use of these novel materials for gas separation.