專利名稱：含氮芳族化合物和金屬配合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含氮芳族化合物和金屬配合物。
背景技術(shù)：
某些含氮芳族化合物已知作為催化劑材料或電極材料起作用，并且具體地，已知由包含含氮芳族化合物作為配體的金屬配合物展示催化活性，所述含氮芳族化合物由三聚氰胺合成(參見專利文件I)。 引用名單專利文獻[專利文件I]日本未審查的專利公布號2006-202688

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題這些含氮芳族化合物可用作催化劑材料或電極材料，但為了增加的催化劑和電極功能，需要具有優(yōu)異的催化活性(氧還原活性)的含氮芳族化合物。本發(fā)明的一個目的是提供一種具有優(yōu)異的氧還原活性的含氮芳族化合物，包含所述含氮芳族化合物的金屬配合物，以及采用它們的催化劑、電極、聚合物電解質(zhì)燃料電池
坐寸ο解決問題的方案具體地，本發(fā)明提供了根據(jù)下面[1]_[22]的芳族化合物、金屬配合物、改性化合物、組合物、催化劑、電極、用于燃料電池的電極催化劑和聚合物電解質(zhì)燃料電池。本發(fā)明還提供了根據(jù)下面[23]的充當用于合成本發(fā)明的芳族化合物的起始物料的化合物。[I] 一種芳族化合物，所述芳族化合物滿足下列條件(a)和(b)(a)它具有2個以上的被至少4個可配位的氮原子圍繞的結(jié)構(gòu)，且所述結(jié)構(gòu)可以相同或不同，(b)構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)的氮原子中的至少一個是6元含氮雜環(huán)中的氮原子。[2]根據(jù)[I]所述的芳族化合物，其中構(gòu)成每個所述結(jié)構(gòu)的氮原子的數(shù)目η和從所述結(jié)構(gòu)的中心至每個氮原子的平均距離r (人)滿足由下式(A)表示的條件O < r/n ^ O. 7 (A)。[3]根據(jù)[I]或[2]所述的芳族化合物，其中構(gòu)成每個所述結(jié)構(gòu)的氮原子的數(shù)目η為4至6。[4]根據(jù)[I]至[3]中任一項所述的芳族化合物，其中r/n為O. 2至O. 6。[5]根據(jù)[I]至[4]中任一項所述的芳族化合物，其中所述芳族化合物中氮原子的總質(zhì)量相對于碳原子的總質(zhì)量的比率大于O且不大于I. I。[6]根據(jù)[I]至[5]中任一項所述的芳族化合物，其中所述結(jié)構(gòu)是由下面的通式
(I)表示的結(jié)構(gòu)
[化學(xué)式I]
權(quán)利要求
1.一種芳族化合物，所述芳族化合物滿足下列條件(a)和(b) (a)它具有2個以上的被至少4個可配位的氮原子圍繞的結(jié)構(gòu)，且所述結(jié)構(gòu)可以相同或不同， (b)構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)的氮原子中的至少一個是6元含氮雜環(huán)中的氮原子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的芳族化合物，其中構(gòu)成每個所述結(jié)構(gòu)的氮原子的數(shù)目η和從所述結(jié)構(gòu)的中心至每個氮原子的平均距離r (人)滿足由下式 ⑷表示的條件 O< r/n ^ O. 7 ⑷。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的芳族化合物，其中構(gòu)成每個所述結(jié)構(gòu)的氮原子的數(shù)目η為4至6。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的芳族化合物，其中r/n為O.2至O. 6。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項所述的芳族化合物，其中所述芳族化合物中氮原子的總質(zhì)量相對于碳原子的總質(zhì)量的比率大于O且不大于I. I。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的芳族化合物，其中所述結(jié)構(gòu)是由下式(I)表示的結(jié)構(gòu)
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的芳族化合物，其中上面由通式(I)表示的結(jié)構(gòu)是由下式(2)表示的結(jié)構(gòu)
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的芳族化合物，其中所述含氮芳族雜環(huán)是選自由下列各項組成的組的環(huán)吡啶環(huán)、吡嗪環(huán)、嘧啶環(huán)、噠嗪環(huán)、1，3，5-三嗪環(huán)、1，2，4-三嗪環(huán)、1，2，4，5-四嗪環(huán)、IH-吡咯環(huán)、2Η-吡咯環(huán)、3Η-吡咯環(huán)、咪唑環(huán)、吡唑環(huán)、I，2，3-三唑環(huán)、I，2，4-三唑環(huán)、卩惡唑環(huán)、異卩惡唑環(huán)、噻唑環(huán)、異噻唑環(huán)、I，3，4-卩惡二唑環(huán)、I，2，5-卩惡二唑環(huán)、I，3，4-噻二唑環(huán)、1，2，5-噻二唑環(huán)，以及含有這些環(huán)的多環(huán)芳雜環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的芳族化合物，其中在QiIpqiq1Ipq1c^q2IpQ2b、Q2b 和 Q'Q2c;和 Q2d、Q3a 和 Q3b、Q3b 和 Q'Q3c;和 Q3d、Q3d 和 Q' 或 Q3e 和 Q3f 中的經(jīng)由直接鍵或連接基團結(jié)合在一起的所述兩個含氮芳族雜環(huán)由下式(4-a)至(6-d)中的任一個表示
10.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項所述的芳族化合物，其中在Qla和Qlb、Qlb和Q'Q2a和 Q2b、Q2b 和 Q2c> Q2c 和 Q2d> Q3a 和 Q3b、Q3b 和 Q3c> Q3c 和 Q3d、Q3d 和 Q3e,或 Q3e 和 Q3f 中的經(jīng)由直接鍵或連接基團結(jié)合在一起的所述兩個含氮芳族雜環(huán)由下面的通式(7_a)至(ΙΟ-e)中的任一個表不
11.一種金屬配合物，所述金屬配合物具有金屬原子或金屬離子以及配體，所述配體包含根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的芳族化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬配合物，其中所述金屬原子或金屬離子是周期表的第4周期和第6周期之間的過渡金屬原子或其離子。
13.—種組合物，所述組合物包含根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的芳族化合物和/或根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的金屬配合物，和碳材料和/或聚合物材料。
14.一種改性化合物，所述改性化合物通過由熱、輻射照射或放電將根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的芳族化合物、根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的金屬配合物或根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合物改性而獲得。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的改性化合物，其中用于熱處理的處理溫度在200-1200°C的范圍內(nèi)。
16.一種組合物，所述組合物包含根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的改性化合物，以及碳材料和/或聚合物材料。
17.一種催化劑，所述催化劑包含根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的芳族化合物、根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的金屬配合物、根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合物、根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的改性化合物或根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物。
18.—種電極，所述電極包含根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的芳族化合物、根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的金屬配合物、根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合物、根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的改性化合物或根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物。
19.一種用于燃料電池的電極催化劑，所述用于燃料電池的電極催化劑包含根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項所述的芳族化合物、根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的金屬配合物、根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合物、根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的改性化合物或根據(jù)權(quán)利要求16所述的組合物。
20.一種聚合物電解質(zhì)燃料電池，所述聚合物電解質(zhì)燃料電池使用根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于燃料電池的電極催化劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的聚合物電解質(zhì)燃料電池，其中所述聚合物電解質(zhì)燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜是具有質(zhì)子傳導(dǎo)性的聚合物電解質(zhì)膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的聚合物電解質(zhì)燃料電池，其中所述聚合物電解質(zhì)燃料電池的聚合物電解質(zhì)膜是具有陰離子傳導(dǎo)性的聚合物電解質(zhì)膜。
23.一種化合物，所述化合物由下面的通式(11)-(20)、(22)或(23)中的任一個表示 r 方
全文摘要
為了提供具有優(yōu)異的氧還原活性的含氮芳族化合物，含有所述含氮芳族化合物的金屬配合物，以及采用它們的催化劑和電極，本發(fā)明提供了一種芳族化合物，所述芳族化合物滿足下列條件(a)和(b)(a)它具有2個以上的被至少4個可配位的氮原子圍繞的結(jié)構(gòu)(所述結(jié)構(gòu)可以相同或不同)，(b)構(gòu)成所述結(jié)構(gòu)的氮原子中的至少一個是6元含氮雜環(huán)中的氮原子。
文檔編號B01J31/22GK102666547SQ20108004876
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者東村秀之, 克勞斯·米倫, 克里斯蒂安·馮·馬洛特基, 劉瑞麗, 古志野伸能, 哈桑·諾羅茲-阿拉西, 蘇琦, 萊娜·阿諾爾德, 馬丁·鮑姆加滕 申請人:住友化學(xué)株式會社, 馬克斯·普朗克科學(xué)促進學(xué)會