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包含钛氧单体和钛氧聚合物的产品及其制备方法
    相关专利申请的交叉引用

    本申请要求2007年5月3日提交的美国临时申请US60/924,214的优先权、2007年5月10日提交的美国临时申请US60/917,171的优先权和2008年3月26日提交的美国临时申请US61/039,619的优先权，这些申请的全部内容在此通过引用并入本文。

    【技术领域】

    本发明总体上涉及纳米微粒材料及其制备方法领域。具体而言，本发明涉及可成为纳米微粒材料前体的含氧金属醇盐(metal oxy alkoxide)材料。

    背景技术

    二氧化钛(TiO₂)是一种用于绘画和涂料产业中的普遍存在的白色颜料，并且也常见于半导体产业中。天然和合成的TiO₂以三种形式存在：金红石、锐钛矿和板钛矿。制备TiO₂的合成方法典型地包括四氯化钛(TiCl₄)或者氯氧化钛(钛氧氯化物)的各种水解方法。例如，一百多年来众所周知，TiCl₄与水通过如下反应产生TiO₂(参阅B.J.Harrington，Trans.Royal Soc.(Canada)，[2]，1，3(1895))：

    TiCl₄+2H₂O→TiO₂+4HCl

    很容易看出，HCl是这类水解反应的副产物。这种酸性环境在很多应用中也可能是有问题的。例如，这种酸性环境可以分解与含有已混入TiO₂的材料粘结的粘结剂和添加到该材料的其他添加剂，或者与含TiO₂的涂层或材料所涂覆的基底反应。还应注意的是，TiCl₄是一种有害材料，这主要是由快速水解产生的酸性副产物所致，并且TiCl₄需要特殊的操作预防措施。

    在化学反应百科全书的第7卷、第404页中记载：“基于氯化钛的易挥发性通过水蒸气反应得到金红石晶体。”上述反应已被TiO₂制造工业使用以制造大量的大尺寸TiO₂粉末。在此使用的大尺寸粉末是指具有大于100nm平均微粒尺寸(例如1微米或者更大的尺寸)的粉末。

    为了在商业中能得到广泛应用，需要具有以下一种或一种以上特性的材料：(a)形成在水中和有机溶剂中都可以分散的纳米微粒的能力，(b)在可见光范围内(400nm-700nm)具有高的光透过性并且具有高紫外线(波长小于400nm)吸收性，(c)保持上述(b)中所述的光学性能，同时增加微粒在其他材料中的装填密度仅超过少量重量百分比，例如超过5至10的重量百分比，以及(d)在所述纳米微粒上缺少不同材料壳层以允许所述纳米微粒与固体基质材料(例如聚合物)结合或化学键合。诸如Ti、Zr或Hf之类的前过渡金属的溶胶凝胶(比如，溶胶)可表现出这种需要的特性。

    因此，期望制备如下性质的钛和锆溶胶：由于水解使残留酸和金属氧化物的形成最小化并且保持材料的光学和电学特性。

    【发明内容】

    一方面，提供一种由通式I为M_mO_m(OR²)_n(I)的化合物或其中任意两种或两种以上的混合物所组成的组合物。在一种实施方式中，M为Ti、Zr或Hf；每处出现的R²各自为包含至少一个羟基的取代烷基、包含至少一个羟基的取代环烷基、包含至少一个羟基的取代环烷基烷基(cycloalkylalkyl)、包含至少一个羟基的取代杂环基(heterocyclyl)或包含至少一个羟基的杂环烷基(heterocyclylalkyl)；并且m和n各自为1至8中的整数。在一些实施方式中，通式I的化合物为通式的化合物或者通式的化合物、通式II或通式III的化合物的异构体或者任意两种或两种以上的化合物和/或异构体的混合物。在这些实施方式中，M为Ti或Zr；每处出现的R³各自为H、F、Cl、Br、I、CN、OR⁴、NR⁵R⁶、取代烷基或非取代烷基、取代环烷基或非取代环烷基、取代环烷基烷基或非取代环烷基烷基、非取代杂环基、取代杂环烷基或非取代杂环烷基；R⁴为H、取代烷基或非取代烷基、取代环烷基或非取代环烷基、取代环烷基烷基或非取代环烷基烷基、非取代杂环基、取代杂环烷基或非取代杂环烷基；R⁵和R⁶各自为H、取代烷基或非取代烷基、取代环烷基或非取代环烷基、取代环烷基烷基或非取代环烷基烷基，或者R⁵和R⁶可连接以形成包含N的杂环，R⁵和R⁶与所述N连接；以及n’为0、1、2、3或4。

    在所述化合物的一些实施方式中，M为Ti。在所述化合物的另一些实施方式中，每处出现的R³各自为H、OR⁴或者取代烷基或非取代烷基。在其它的实施方式中，所述化合物为双(乙二醇)氧钛(IV)、双(丙三醇)氧钛(IV)、双(赤丁四醇)氧钛(IV)或双(山梨糖醇)氧钛(IV)。上述化合物可具有可见光波长范围内至少90％的透过率和/或在大约400纳米以下波长范围内的小于20％的紫外光透过率。

    另一方面，提供一种工艺，所述工艺包括将包含至少一个羟基的反应物与通式MOX₂的化合物反应以形成包含上述化合物、HX、水和所述反应物的第一反应混合物；其中所述反应物选自：醇、多羟基化合物、糖或淀粉；并且X为卤素，该卤素选自：F、Cl、Br和I。所述工艺还可包括通过蒸发或中和之中的至少一种来除去HX以形成第二反应混合物。反应物可包括但不限于例如乙二醇、丙三醇、赤丁四醇和山梨糖醇的多羟基化合物。在一些实施方式中，通过将所述第一反应混合物与碱反应来除去HX。典型的碱可包括碱金属醇盐、碱土醇盐、伯胺、仲胺和叔胺，例如但不限于三乙胺、二异丙基胺、三甲胺、三丙胺、三丁胺或叔丁基甲胺。

    其它方面，还提供一种组合物，该组合物包括一种或一种以上的上述化合物和溶剂或者在聚合物树脂中的一种或一种以上的上述化合物。所述溶剂可包括极性有机溶剂和水。所述聚合物树脂可包括聚氨酯、聚乙二醇、环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、纤维素制品(包括但不限于醋酸盐、硝酸盐及类似物)、酚醛树脂、季戊四醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚糖、聚葡糖醛酸、上述材料的共聚物或者上述材料中任意两种或两种以上的混合物。在聚合物树脂中的化合物的一些实施方式中，通式II、通式III的化合物或者其中任意两种或两种以上的混合物使所述树脂的折射率与纯树脂相比发生改变。在这些实施方式中，所述纯树脂为没有添加任何已识别的化合物的树脂。在其它的实施方式中，通式I、通式II或通式III的化合物或者其中任意两种或两种以上的混合物被水解并且使所述树脂的折射率与纯树脂相比发生改变。

    另一方面，提供一种混合所述组合物的装置。在其它方面，提供一种基底上具有通式M_mO_m(OR²)_n的化合物的薄膜的装置。

    另一方面，提供调整聚合物的折射率的方法，所述方法包括用一种或一种以上的通式M_mO_m(OR²)_n的上述化合物掺杂所述聚合物。可以大约1％至大约90％的水平掺杂所述聚合物。

    另一方面，提供通过水解通式M_mO_m(OR²)_n的化合物以形成水解产物(hydrosylate)来制备微粒的方法。在这方面，所述水解产物可包括多氧钛酸酯(polyoxotitanate)。所述微粒还可为纳米微粒。所述纳米微粒可随后被以大约1％到大约90％的水平掺杂入聚合物，并且这可导致所述聚合物的折射率的调整。在一些实施方式中，多个所述微粒具有90％的可见光透过率，以及在其它实施方式中，多个所述微粒具有400纳米以下小于大约20％的紫外光透过率。还提供了通过所述方法形成的多个所述纳米微粒的组合物。

    在其它的实施方式中，可煅烧所述水解产物以形成氧化钛或氧化锆。

    另一方面，提供一种涂覆液，该涂覆液包括在第一液体和第二液体中分散的纳米微粒的组合物；其中，所述第一液体具有蒸汽压；所述第二液体具有低于所述第一液体蒸汽压的蒸汽压；所述第一液体和所述第二液体易混合；并且所述纳米微粒与所述第一液体更相容。在一些实施方式中，所述第二液体为可固化的液体。所述第二液体可包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧化物、聚酯、多羟基化合物、异氰酸盐、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯或者其中任意两种或两种以上的混合物。典型的丙烯酸酯包括丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯或者其中任意两种或两种以上的混合物。在其它的实施方式中，所述第二液体为水、有机溶剂、无机溶剂或者其中任意两种或两种以上这种液体的混合物。在一些实施方式中，所述涂覆液还可包括交联剂。所述第一液体可为水、有机溶剂、无机溶剂或者其中任意两种或两种以上的混合物。典型的有机溶剂包括醇、酮、芳香烃和其中任意两种或两种以上的混合物。

    在一些实施方式中，所述涂覆液还可包括如下材料：染料、颜料、填料、导电微粒、导热微粒、纤维、成膜聚合物、催化剂、引发剂或者其中任意两种或两种以上这些材料的混合物。所述成膜聚合物可以是粘合剂、聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧化物、硅树脂、聚乙烯氧化物、它们的共聚物、它们的嵌段共聚物或者其中任意两种或两种以上这些材料的混合物。例如，聚丙烯酸酯可包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯的共聚物、聚甲基丙烯酸羟乙酯(polyhydroxyethylmethacrylate)、聚甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物或者任意两种或两种以上这种丙烯酸酯的混合物。

    另一方面，提供一种封装固态装置。这种封装装置可包括固态装置和密封剂；其中所述密封剂包括(A)大于大约40重量％的硅环氧树脂；(B)通过水解通式为M_mO_m(OR²)_n的化合物来制备的大约1重量％至大约20重量％的水解产物；(C)小于大约2重量％的酸酐固化剂；以及(D)大约0.008重量％至大约10重量％的辅助固化催化剂；其中所述重量百分比的量是基于(A)、(B)、(C)和(D)的合计重量。在一些实施方式中，所述固态装置为半导体装置。在另一些实施方式中，所述固态装置为光电装置。在另外的实施方式中，所述光电装置为集成电路、发光二极管、电荷耦合元件、存储器或逻辑装置、光电二极管、光电晶体三极管或光电耦合器。在一些实施方式中，所述密封剂还可包括添加剂，该添加剂例如：热稳定剂、紫外稳定剂、固化改性剂、偶联剂、折射率改性剂或者任意两种或两种以上这些材料的混合物。

    在一些实施方式中，所述硅环氧树脂包括选自R₃SiO_0.5、R₂SiO、RSiO_1.5或SiO₂的硅基团和选自EpR₂SiO_0.5、EpRSiO或EpSiO_1.5的含环氧硅基团(epoxy-containing silicone moiety)；其中Ep是选自环氧丙氧基丙基(glycidoxypropyl)、3，4-环氧环己烷乙基或1，2-环氧己基的环氧基团；并且R选自：氢、烷基、卤素-取代烷基或芳基。例如，所述硅环氧树脂包括1，1，3，3-四甲基-1，3-双[2-(7-氧化双环[4.1.0]庚-3-基)乙基]二硅氧烷(1，1，3，3-tetramethyl-1，3-bis[2(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]disiloxane)。

    在一些实施方式中，所述酸酐固化剂包括双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧基酸酐(bicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic anhydride)、甲基双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧基酸酐(methylbicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic anhydride)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧基酸酐(bicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2，3-dicarboxyiicanhydride)、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐、六氢邻苯二甲酸酐、六氢-4-甲基邻苯二甲酸酐、十二烯基丁二酸酐、二氯马来酸酐、氯桥酸酐、四氯邻苯二酸酐或者任意两种或两种以上这些酸酐的混合物。在这些实施方式中，所述酸酐固化剂可以为六氢-4-甲基邻苯二甲酸酐。

    其它一些方面，所述通式M_mO_m(OR²)_n的化合物可用作酯化反应的催化剂、酯交换反应的催化剂或交联剂。

    其它一些方面，提供用于涂覆的多组分紫外稳定剂系统。所述系统包括通式M_mO_m(OR²)_n的化合物或所述化合物的水解产物的组合物、取代羟苯基-苯并三唑和受阻胺光稳定剂。

    另一方面，通式I的化合物可用在净化燃料的方法中。在一些实施方式中，所述方法包括提供包含燃料源的燃料，制备所述燃料、通式I的化合物、有机酸和氧化剂的混合物；以及提取净化的燃料。在一些实施方式中，所述通式I的化合物选自：双(乙二醇)氧钛(IV)(bis(ethyleneglycol)oxotitanium(IV))、双(丙三醇)氧钛(IV)(bis(glycerol)oxotitanium(IV))、双(赤丁四醇)氧钛(IV)(bis(erythritol)oxotitanium(IV))或双(山梨糖醇)氧钛(IV)(bis(sorbitol)oxotitanium(IV))。在其它一些实施方式中，所述有机酸选自：HCO₂H、CH_3-XCl_XCO₂H、CF₃CO₂H和其中任意两种或两种以上的混合物，其中，x为0到3的整数。在其它又一些实施方式中，所述氧化剂选自：氧化氮、硝酸、过氧化氢、臭氧、有机过氧化物、氧气、空气、过酸和其中任意两种或两种以上的混合物。

    另一种实施方式涉及磺化氧化方法，该磺化氧化方法包括提供碳氢化合物溶液，所述溶液包括硫化合物；提供催化溶液，所述催化溶液包括由通式M_mO_m(OR)_n表示的金属醇盐；以及在氧化剂存在的情况下将所述催化溶液与所述碳氢化合物溶液接触，导致所述氧化剂氧化所述硫化合物。

    另一种实施方式涉及催化磺化氧化反应物，该催化磺化氧化反应物包括：酸性溶剂、溶解在所述溶剂中的由通式M_mO_m(OR)_n表示的金属醇盐和溶解在所述溶剂中的氧化剂。

    另一种实施方式涉及磺化氧化方法，该方法包括：向反应器中引入碳氢化合物溶液，所述碳氢化合物溶液包括硫化合物；以及向所述反应器中引入催化剂溶液，致使所述催化剂溶液与所述碳氢化合物溶液接触，所述催化剂溶液包括由通式M_mO_m(OR)_n表示的金属醇盐催化剂，致使形成混合物，致使所述催化剂催化在所述氧化剂和所述硫化合物之间的氧化反应并且氧化所述硫化合物，致使所述被氧化的硫化合物在所述催化剂溶液中的溶解度比在所述碳氢化合物溶液中的溶解度更高。

    【附图说明】

    图1是表示根据本发明的一种或一种以上实施方式的化合物和制备方法的示意图(示意图I)。在所述示意图中以钛氧化合物示例。

    图2是根据本发明的一种或一种以上实施方式通过溶解双(丙三醇)氧钛(IV)并且在各种温度下水解双(丙三醇)氧钛(IV)以制备多氧钛酸酯所获得的生长动力学图。

    图3是根据本发明的一种或一种以上实施方式制备粉末状纯化学类已中和的钛氧化合物的流程图。

    图4是根据本发明的一种或一种以上实施方式的钛水解产物的图。

    图5是苯并噻吩(26∶1氧化剂∶S比例，9700S∶Ti比例，2醋酸∶油质量比)氧化反应的准一级图。

    图6是样本1-18的帕累托分析图(AA＝醋酸，Temp＝温度，Cat＝催化剂用量，Perox＝过氧化强度)。

    图7是潜在的氧化反应和相关传质示意图并且图8是磺化氧化工艺的实施方式的工艺流程图。

    【具体实施方式】

    本发明提供通式为M_mO_m(OR¹)_n的化合物的制备工艺以及物质组合物，其中M是Ti或Zr，OR¹是包含至少两个羟基的反应物，并且m和n为1至8。例如，所述反应物可以是多羟基化合物或者醇(例如但不限于：乙二醇、丙三醇、二乙二醇单甲醚(diethyleneglycol monomethylether)、二乙二醇单丁醚(diethyleneglycol monobutylether)、赤丁四醇或山梨糖醇及类似物)、糖或者淀粉。在一些实施方式中，当m与n相等时，R¹与钛原子一起形成包含至少五个原子的环结构。作为合成工艺的一部分，从反应溶液中除去和/或中和残留酸。最终的物质组合物作为TiO₂的前体是有用的，因为他们不产生水解的副产物HCl，而是产生简单的醇。这使得它们更适合作为塑料、溶剂和涂层及类似物的添加剂，而氯氧化钛不适合作为塑料、溶剂和涂层及类似物的添加剂。所述反应产物不同于典型的烷氧基钛酸酯(alkoxytitanates)，因为在此表达的那些反应产物显示出保留钛氧键(Ti＝O)。与四烷氧基钛酸酯(tetralkoxytitanate)相比，所述键对保持强UVC-UVB的吸收显得很重要。此外，在此表达的化合物允许制成吸收紫外线、光学透明的钛材料，而不出现由传统氧化钛和氧化锆纳米微粒产生的乳白色。

    定义

    为了本公开的目的，除非另有说明，不指出具体数目则意味着“一个或一个以上”。

    在本文中用到的“大约”是本领域的普通技术人员所理解的，并且根据这个词所处的语境会在一定程度上有所变化。如果这个词的用法结合它所处的语境对于本领域的普通技术人员来说仍是不明确的，则“大约”意味着特定条件的正负10％。

    一般而言，“取代”是指如下定义的烷基、环烷基、环烷基烷基、杂环基或杂环烷基(例如，烷基)，其中包含的一个或一个以上的氢原子的化学键被一个或一个以上的非氢原子或者非碳原子的化学键替换。被取代基团还包括如下基团：在这些基团中，碳原子或者氢原子的一个或一个以上的化学键被杂原子的包含双键或三键在内的一个或一个以上的键替换。因此，除非另有说明，被取代基团将会被一个或一个以上的取代基取代。在一些实施方式中，被取代基团被1、2、3、4、5或6个取代基取代。取代基的例子包括：卤素(即氟、氯、溴和碘)；羟基；烷氧基、链烯氧基(alkenoxy)、杂环氧基(heterocyclyloxy)和杂环烷氧基(heterocyclylalkoxy)；羰基(oxo)；羧基；酯；醚；氨基甲酸乙酯(urethane)；烷氧基胺(alkoxyamine)；硫醇；硫化物；亚砜；砜；磺酰；磺酰胺；胺；氮氧化物；异氰酸酯；氰酸酯；硫氰酸酯；硝基；腈(即CN)；以及类似物。

    例如取代环烷基、取代芳基、取代杂环基和取代杂芳基的取代环基还包括环系统和稠环系统，其中氢原子的化学键被碳原子的化学键替换。因此，取代环烷基、取代芳基、取代杂环基和取代杂芳基还可以被如下定义的取代烷基或非取代烷基或者取代烯基或非取代烯基取代。

    烷基包括具有1个至12个碳原子的直链烷基和支链烷基，或者在一些实施方式中具有1个至8个碳原子、1个至6个碳原子或者1个至4个碳原子。烷基还包括如下定义的环烷基。直链烷基的例子包括那些诸如甲基、乙烷基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基和正辛基的具有1个至8个碳原子的烷基。支链烷基的例子包括但不限于异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、新戊基、异戊基以及2，2-二甲基丙基。典型的取代烷基可以被以上列举的取代基取代一次或者一次以上。

    烯基包括如上定义的直链、支链和环烷基，只不过在两个碳原子之间存在至少一个双键。因此，在一些实施方式中，烯基具有2个至约12个碳原子；在其他一些实施方式中，烯基具有2个至10个碳原子；在其他又一些实施方式中，烯基具有2个至8个碳原子。具体的例子包括但不限于乙烯基、丙烯基、-CH＝CH(CH₃)、-CH＝C(CH₃)₂、-C(CH₃)＝CH₂、-C(CH₃)＝CH(CH₃)、-C(CH₂CH₃)＝CH₂、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基、丁二烯基、戊二烯基(pentadienyl)和己二烯基(hexadienyl)。典型的取代烯基可以被单取代或者取代一次以上，例如但不限于被以上列举的取代基单取代、双取代或三取代。

    环烷基是环状的烷基，例如但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基、环辛基。在一些实施方式中，所述环烷基具有3个至8个环原子，然而在其他一些实施方式中，环中碳原子数量的范围为3个至5个、3个至6个或者3个至7个。环烷基还包括单环、双环和多环的环系统。取代环烷基可被如上定义的非氢原子和非碳原子基团取代一次或一次以上。然而，取代环烷基也包括被如上定义的直链或者支链的烷基取代的环。典型的取代环烷基可以被单取代或取代一次以上，例如但不限于2，2-、2，3-、2，4-、2，5-或者2，6-双取代环己基，所述环己基可以由如上列举的取代基取代。

    环烷基烷基是如上述定义的烷基，其中烷基的氢键或者碳键被如上定义的环烷基的键替换。在一些实施方式中，环烷基烷基具有4个至20个碳原子或4个至16个碳原子，典型地具有4个至10个碳原子。取代环烷基烷基可以在所述基团的烷基部分、环烷基部分取代，或者在所述基团的烷基部分和环烷基部分都取代。典型的取代环烷基烷基可以被单取代或者取代一次以上，例如但不限于用如上列举的那些取代基单取代、双取代或三取代。

    芳基是不包含杂原子的环芳烃。芳基包括单环、双环和多环的环系统。因此，芳基包括但不限于苯基、奥基(azulenyl)、庚间三烯并庚间三烯基(heptalenyl)、亚联苯基(biphenylenyl)、吲丹基(indacenyl)、芴基(fluorenyl)、菲基(phenanthrenyl)、亚三联苯基(triphenylenyl)、芘基、并四苯基(naphthacenyl)、草屈基(chrysenyl)、联苯基(biphenyl)、蒽基(anthracenyl)、茚基、茚满基、并环戊二烯基(pentalenyl)和萘基。在一些实施方式中，芳基在其环部含有6个至14个碳原子，在其他一些实施方式中，芳基含有6个至12个或者甚至6个至10个碳原子。尽管术语“芳基”包括含有稠环的基团，例如稠合芳烃-脂肪环系统(例如茚满基、四氢萘基(tetrahydronaphthyl)及类似物)，但不包括含有其他基团(例如与环原子中的一个键合的烷基或卤素基团)的芳基。更确切地说，例如甲苯基的基团被认为是取代芳基。典型的取代芳基可以被单取代或多取代。例如，单取代芳基包括但不限于2-、3-、4-、5-或者6-取代苯基或者萘基，所述单取代芳基可以用如上列举的取代基取代。

    芳烷基是按如上定义的烷基：其中该烷基中的氢原子键或者碳原子键被如上定义的芳基的化学键替换。在一些实施方式中，芳烷基包含7个至20个碳原子、7个至14个碳原子或者7个至10个碳原子。取代芳烷基可以在所述基团的烷基部分、芳基部分取代，或者在所述基团的烷基部分和芳基部分都取代。典型的芳烷基包括但不限于苯甲基和苯乙基以及稠合(环烷基烷基)烷基(例如4-乙基-茚满基)。典型的取代芳烷基可以用如上列举的取代基取代一次或者一次以上。

    杂环基包括含有3个或3个以上环原子的芳香环(也指杂芳基)和非芳香环化合物，其中的一个或者一个以上的杂原子例如但不限于N、O和S。在一些实施方式中，杂环基包括3个至20个环原子，然而其他这种基团具有3个至6个、3个至10个、3个至12个或者3个至15个环原子。杂环基包含不饱和的、部分饱和的或者饱和的环系统，例如，咪唑基、咪唑啉基和咪唑烷基。然而，术语“杂环基”不包括具有其他基团的杂环基，所述其他基团例如与环原子之一键合的烷基、氧或者卤素基团。更确切地说，被称为“取代杂环基”。杂环基包括但不限于：氮杂环丙烷基、氮杂环丁烷基、吡咯烷基、咪唑烷基、吡唑烷基、噻唑烷基、四氢苯硫基(Tetrahydrothiophenyl)、四氢呋喃基、间二氧杂环戊烯基(dioxolyl)、呋喃基(furanyl)、苯硫基、吡咯基、吡咯啉基、咪唑基、咪唑啉基、吡唑基、吡唑啉基、三唑基、四唑基、噁唑基、异噁唑基、噻唑基、噻唑啉基、异噻唑基、噻二唑基、噁二唑基(oxadiazolyl)、哌啶基、哌嗪基、吗啉基、硫代吗啉基(thiomorpholinyl)、四氢吡喃基、四氢硫代吡喃基(tetrahydrothiopyranyl)、氧硫杂环己烷、二氧杂环己烷基(dioxyl)、二噻烷基(dithianyl)、吡喃基、吡啶基、嘧啶碱基、哒嗪基、吡嗪基、三嗪基、二氮吡啶基、二氢二硫杂环己二烯基(dihydrodithiinyl)、二氢二亚硫酰基(dihydrodithionyl)、同哌嗪基(homopiperazinyl)、奎宁环基(quinuclidyl)、吲哚基、二氢吲哚基、异吲哚基、氮杂吲哚基(吡咯并吡啶(pyrrolopyridyl))、吲唑基、中氮茚基(indolizinyl)、苯并三唑基(benzotriazolyl)、苯并咪唑基、苯并呋喃基、苯并苯硫基(benzothiophenyl)、苯并噻唑基、苯并噁二唑基(benzoxadiazolyl)、苯并恶嗪基、苯并二硫杂环己二烯基(benzodithiinyl)、苯并氧硫杂环己二烯基(benzoxathiinyl)、苯并噻嗪基、苯并恶唑基(benzoxazolyl)、苯并噻唑基、苯并噻二唑基、苯并[1，3]间二氧杂环戊烯基(benzo[1，3]dioxolyl)、吡唑啉并吡啶基(pyrazolopyridyl)、咪唑并吡啶基(imidazopyridyl)(阿扎苯并咪唑基azabenzimidazolyl)、三氮唑并吡啶基(triazolopyridyl)、异恶唑并吡啶基(isoxazolopyridyl)、嘌呤基、叶黄素、腺嘌呤基、鸟嘌呤基、对苯二酚基、异喹啉基、喹嗪基、喹喔啉基、喹唑啉基、噌啉基、酞嗪基、二氮杂萘基、蝶啶基、硫杂萘基(thianaphthalenyl)、二氢苯并噻嗪基(dihydrobenzothiazinyl)、二氢苯并呋喃基、二氢吲哚基、二氢苯并二噁英基(dihydrobenzodioxinyl)、四氢吲哚基(tetrahydroindolyl)、四氢吲唑基(tetrahydroindazolyl)、四氢苯并咪唑基(tetrahydrobenzimidazolyl)、四氢苯并三唑基(tetrahydrobenzotriazolyl)、四氢吡咯并吡啶基(tetrahydropyrrolopyridyl)、四氢吡唑并吡啶基(tetrahydropyrazolopyridyl)、四氢咪唑并吡啶基(tetrahydroimidazopyridyl)、四氢三唑并吡啶基(tetrahydrotriazolopyridyl)和四氢喹啉基(tetrahydroquinoliny)。典型的取代杂环基可以被单取代或取代一次以上，例如但不限于：2-、3-、4-、5-或者6-取代吡啶基或者吗啉基，或者用如上列举的各种不同的取代基双取代。

    杂环烷基是如上定义的烷基：其中该烷基中的氢键和碳键被如上定义的杂环基的键替代。取代杂环烷基可以在所述基团的烷基部分、杂环基部分取代，或者在所述基团的烷基部分和杂环基部分都被取代。典型的杂环烷基包括但不限于：4-乙基吗啉基、4-丙基吗啉基、呋喃-2-基甲基(furan-2-yl methyl)、呋喃-3-基甲基(furan-3-yl methyl)、吡啶-3-基甲基(pyridine-3-yl methyl)、四氢呋喃-2-基乙基(tetrahydrofuran-2-yl ethyl)和吲哚-2-基丙基(indol-2-ylpropyl)。典型的取代杂环烷基可以由如上述列举的取代基取代一次或者一次以上。

    烷氧基是羟基(-OH)中氢原子的化学键被上面定义的取代烷基或者非取代烷基的碳原子的化学键替代。线性烷氧基的例子包括但不限于：甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基等等。支链烷氧基的例子包括但不限于：异丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、异戊氧基(isopentoxy)、异己氧基(isohexoxy)及类似基团。环烷氧基的例子包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基及类似基团。典型的取代烷氧基可以由上面列举的取代基取代一次或者一次以上。

    在此使用的术语“高沸点”包括在大气压下沸点超过50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、120℃、140℃、160℃、180℃或者200℃的材料。在一些实施方式中，高沸点材料在大气压下具有约200℃至约600℃的沸点。

    此处使用的术语“胺”(或者“氨基”)指的是-NR⁵R⁶基，其中R⁵和R⁶是独立的H、取代烷基或非取代烷基，取代环烷基或非取代环烷基、取代杂环烷基或非取代杂环烷基，或者R⁵和R⁶可连接以形成含有N的杂环和/或杂环基，其中R⁵和R⁶与N连接。在一些实施方式中，所述胺基是NH₂、甲氨基、二甲氨基(dimethylamino)、乙氨基(ethylamino)、二乙氨基(diethylamino)、丙氨基(propylamino)、二丙氨基(dipropylamino)、异丙氨基(isopropylamino)、二异丙氨基(diisopropylamino)、苯氨基(phenylamino)或苯甲氨基(benzylamino)。

    术语“纳米微粒”在一些实施方式中包括平均粒径为约2nm至约100nm的微粒，或者在其他一些实施方式中包括平均粒径为约2nm至约50nm的微粒。所述纳米微粒也可以具有约2nm至10nm的平均粒径。在各种不同的实施方式中，粒径分布第一标准偏差可以是60％或小于60％、40％或小于40％，或者是平均粒径的10％至25％。所述纳米微粒也可包括诸如金属氧化物(例如氧化钛或氧化锆)或者半导体氧化物纳米微粒的氧化物纳米微粒。具体地，所述纳米微粒可以包含氧化钛、氧化锆或者氧化铪纳米微粒，它们的纯化学计量态可以用以下的化学式分别表示：TiO₂、ZrO₂和HfO₂。

    此处使用的术语“反应蒸馏”是化学反应器也是蒸馏器的工艺。不需要单独的蒸馏步骤把材料从反应混合物中分离，这样能够节约能源(用于加热)和原料。

    此处使用的术语“反应挤出”是化学反应器是挤出机的工艺。材料从反应混合物中的分离在挤出工艺期间发生，因此最终产品从挤出机中排出。

    化合物

    一方面，本发明提供通式为M_mO_m(OR²)_n的化合物、或者任意两种或者两种以上所述化合物的混合物，其中M是Ti、Zr或者Hf；每处出现的R²是包含至少一个羟基的取代烷基、包含至少一个羟基的取代环烷基、包含至少一个羟基的取代环烷基烷基、包含至少一个羟基的取代杂环基或者包含至少一个羟基的杂环烷基；并且m和n各自为1至8。例如，R²可以来自多羟基化合物、糖或者淀粉。合适的多羟基化合物包括但不限于乙二醇、丙二醇、丙三醇、赤丁四醇、乙二醇丁醚和山梨糖醇。在一些实施方式中，m是1、n是2。在一些实例中，所述组合物可以含有两种或者两者以上的通式为M_mO_m(OR²)_n的不同化合物。在一些实施方式中，所述化合物具有如下通式(I)：

    

    在一些实施方式中，通式M_mO_m(OR²)_n的化合物具有通式M_mO_m(OCHR³CH(OH)R³)_n(II)，或者是任意两种或者两种以上的混合物。在这些化合物中，M典型性地选自诸如Ti、Zr或Hf的前过渡金属。每处出现的R³可各自选自但不限于：H、F、Cl、Br、I、CN、OR⁴、NR⁵R⁶、取代烷基或非取代烷基、取代环烷基或非取代环烷基、取代环烷基烷基或非取代环烷基烷基、非取代杂环基或者取代杂环烷基或非取代杂环烷基；R⁴选自但不限于：H、取代烷基或非取代烷基、取代环烷基或非取代环烷基、取代环烷基烷基或非取代环烷基烷基、非取代杂环基或者取代杂环烷基或非取代杂环烷基；R⁵和R⁶各自为H、取代烷基或非取代烷基、取代环烷基或非取代环烷基、取代杂环烷基或非取代杂环烷基，或者R⁵和R⁶可以连接以形成含有N的杂环，R⁵和R⁶与N连接；m典型地是1至8中的整数；n典型地是1至8中的整数。通式II的化合物可以由以下通式表示：

    

    其中的m为1并且n为2。

    在其他一些实施方式中，本发明提供通式为M_mO_m(OR²)_n的化合物，其中n等于m，并且在R²上至少一个羟基中的氧原子被去质子化并且和M相连接，因此形成具有五个或者五个以上环原子的环结构。所述环结构可以由通式III表示：

    

    其中n’为0、1、2、3或者4。

    在一些实施方式中，所述通式I的化合物是钛氧化合物。这些钛氧化合物的例子包括双(乙二醇)氧钛(IV)、双(丙三醇)氧钛(IV)、双(赤丁四醇)氧钛(IV)和双(山梨糖醇)氧钛(IV)，此处列举的所述钛氧化合物的范围不应受到限制。

    当用多羟基化合物或者其他具有多个羟基的反应物制备这里的实施方式中的化合物时，反应物中的多个羟基可用于与金属原子连接。这会导致制备所述化合物的许多可能的区域异构体(regioisomer)。作为非限制性实施例，当所述化合物为双(丙三醇)氧钛(IV)时，所述化合物可以用以下的通式表示：

    

    存在至少两种其它的区域异构体。这些异构体对本领域技术人员来说是众所周知的，并且所述异构体可包括附于金属的位于丙三醇基团上的任意羟基。一种所述区域异构体为：

    

    另一种所述区域异构体为：

    

    因为在所述化合物具有片段Ti-O-CH₂C^*H(OH)CH₂(OH)的实例中丙三醇基团包含手性中心，其中，*表示所述手性中心，上述区域异构体的至少六种立体异构体也是众所周知的并且容易被本领域技术人员识别。

    作为非限制性实施例，其中的化合物为双(乙二醇)氧钛，该化合物可由如下通式表示：

    

    在一种实施方式中，所述化合物具有如下特性：90％的可见光透过率、在400nm以下小于大约20％的紫外光透过率、光学透明和/或光学上和光谱上无色。透过率和吸收率基于10％w/w溶液在1cm石英比色池中测量。

    在一些实施方式中，所述化合物容易受到水解影响而形成有机金属聚合物，例如由所述化合物的不完全水解而产生多金属氧酸盐或其它材料，这样，一些多羟基官能团保留在水解产物外围。多金属氧酸盐可包括但不限于如下材料：例如具有醇或多羟基官能团的多氧钛酸酯(polyoxotitanates)或者多氧锆酸酯(polyoxozirconates)。

    在其它一些实施方式中，所述水解产物可被煅烧以形成相应的诸如二氧化钛(即氧化钛)、二氧化锆(即氧化锆)、二氧化铪的金属二氧化物的纳米微粒。例如，通式II的化合物(其中，M为Ti)可在加热的情况下被水解以形成TiO₂纳米微粒。

    另一方面，提供了一种制备通式I、通式II和通式III的化合物的工艺。如图1所示，在一些实施方式中，所述工艺中的第一个步骤包括将含有至少一个羟基的反应物与通式MOX₂的化合物反应以形成包括通式I、通式II和/或通式III的化合物与HX的第一反应混合物。所述第一反应混合物还可包括水和多羟基化合物。任选地，可向所述第一反应混合物添加例如甲氧基丙醇(methoxypropanol)的粘度改性剂。同样如图1所示，随后通过诸如普通的蒸发、反应精馏或反应挤出的蒸发除去所述HX；和/或通过中和以形成第二反应混合物，该第二反应混合物包括通式I、通式II和/或通式III的化合物、水和多羟基化合物。正如上面提及，M为选自如下的金属：Ti、Zr和Hf；并且X为例如F、Cl、Br或I的卤素原子。适用于所述工艺的反应物包括但不限于具有高沸点的多元醇、醇、糖和淀粉。所述第一反应混合物可以是光学透明、吸收紫外线的酸性材料，随后其通过与碱的反应被中和而形成第二反应混合物。最终的溶液可随后通过许多其它的工艺被进一步改良。

    如上所述，在一些实例中，可通过反应精馏或反应挤出除去所述HX。在所述工艺中，水解是在反应堆中或者在挤压机中进行，并且从所述反应混合物中除去HX。在反应精馏的实例中，可从反应器中把所述HX作为气体除去。在反应挤出的实例中，可从挤压机中通过位于该挤压机的出气口除去所述HX。不受理论的约束，人们相信从所述反应混合物中除去HX促进了水解反应的完成。

    在一些实施方式中，通式MOX₂的化合物在与有机反应物反应之前以如下浓度存在：大约20％至大约50％、大约25％至大约45％、大约30％至大约40％或者大约35％至大约36％。在其它的实施方式中，每当量通式MOX₂的化合物添加两当量反应物。

    在一些实施方式中，所述多羟基化合物为能与MOX₂化合物反应的、含有两个或两个以上羟基的、取代烷基、取代环烷烃基、取代环烷基烷基、取代杂环基或者取代杂环烷基。合适的多羟基化合物包括但不限于：乙二醇、丙三醇、丙二醇、丁二醇、丁三醇、赤丁四醇和山梨糖醇。

    通过中和来除去HX的步骤包括将碱与化合物反应以除去HX。合适的碱包括游离羟基碱，该游离羟基碱例如但不限于碱金属醇盐、碱土醇和胺类，所述胺类包括但不限于伯胺、仲胺、叔胺和杂环烷基胺。合适的胺类选自但不限于：三乙胺、二异丙基胺、三甲胺、三丙胺、三丁胺和叔丁基甲胺。在一些实施方式中，由与碱反应以形成盐的化合物生成反应所生成的HX可从反应混合物中被除去。在碱选自碱金属醇盐和碱土醇的实例中，结果是形成X和碱金属或碱土金属的盐。在碱选自胺类的实例中，结果是X的铵盐。在任一个实例中，随后通过倾析、离心将X的盐从反应混合物中除去，之后是倾析、套管插入(cannulation)、过滤或升华。

    如图1所示，作为非限制性实施例，可形成钛化合物。例如，TiOCl₂可与丙三醇、高沸点多羟基化合物反应，并且在所述工艺的第一个步骤之后(即：第一反应混合物的形成)形成光学透明、吸收紫外线的酸性材料，所述酸性材料包括TiO(OCH₂CH(OH)CH₂OH)₂或异构体、HCl、丙三醇，以及任选的水。在一些实施方式中，溶液的pH小于1。

    如上所述，第二反应混合物(即：碱中和产物)可以用于许多其他的工艺。在一些实施方式中，所述工艺包括从滤液中沉淀通式I、通式II或通式III的化合物。如图1所示，在一些实施方式中，这种沉淀受到添加的反溶剂的影响。所述反溶剂可以是多种非极性溶剂中的任意一种，或任意两种或两种以上溶剂的混合物。例如，反溶剂可以包括但不限于丙酮、烷烃(例如戊烷、己烷或辛烷)、苯、甲苯、四氢呋喃、乙醚、甲基-2-戊烷、甲基叔丁基醚、甲基乙基酮和/或任意两种或两种以上反溶剂的混合物。

    组合物/装置

    本发明还提供了在溶剂中包含有通式I、通式II、通式III的化合物或者任意两种或两种以上所述化合物的混合物的组合物。所述溶剂可以是粘度改性剂。适于所述组合物的溶剂和粘度改性剂包括但不限于极性有机溶剂和水。例如，合适的极性有机溶剂可以包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、叔丁醇、甲氧基丙醇、三甲氧基丙醇、丙二醇、乙二醇、丙三醇、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、吡啶和/或任何两种或两种以上这些溶剂的混合物。

    其他一些组合物可以包括通式I、通式II、通式III的化合物或其任意两种或两种以上的混合物，并且所述组合物包括聚合物树脂。适于该组合物的聚合物树脂包括但不限于聚氨酯、聚乙二醇、环氧树脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚丙烯腈、纤维素塑料(例如醋酸盐、硝酸盐以及类似物)、酚醛树脂、季戊四醇树脂、聚乙烯吡咯烷酮、多聚糖、聚乙烯葡糖醛酸酯(polyglucuronates)或者其中任意两种或两种以上的共聚物或混合物。所述树脂可被固化或者至少部分固化。本文所称的“固化”是指所述树脂能够经受导致硬化、聚合、增厚中的任意一种或一种以上以提供固化聚合物树脂的工艺。

    如同其他包含特定通式的化合物的材料一样，在聚合物树脂组合物中所包含的通式I、通式II、通式III的化合物或其中任意两种或两种以上的混合物引起所述树脂的折射率Δη发生改变(与不含所述化合物的树脂相比)。例如，η可以在约为1至约为2、约为1.2至约为1.95、约为1.3至约为1.9或者约为1.33至约为1.9(例如1.52)的范围内变化。在一些实施方式中，向聚合物树脂添加所述化合物被称为所述聚合物与所述化合物的掺杂。所述掺杂包括在聚合物中所述化合物占有大于约1ppm的水平。当在聚合物中进行掺杂时，所述化合物可占有多达90％并且包括90％的水平。因此，在一些实施方式中，所述掺杂包括在聚合物中所述化合物占有大约1％至大约90％的水平。

    在聚合物树脂中所述化合物的组合物可被成形、被模制成型或者被加工成各种不同的装置。所述装置可以包括基底上的通式I、通式II、通式III的化合物或其任意两种或两种以上的混合物的薄膜。合适的基底可以包括金属、玻璃、陶瓷和/或塑料。

    如图1所示，在一些任选的实施方式中，微粒、纳米微粒或者有机金属聚合物由通式I、通式II、通式III的化合物或其任意两种或两种以上的混合物组成。如图4所示，制备微粒、纳米微粒(例如纳米微粒TiO₂)的方法包括水解通式I、通式II、通式III的化合物或其任意两种或两种以上的混合物以形成水解产物。在一些实施方式中，所述水解产物为多氧钛酸酯或者多氧锆酸酯。在一些实施方式中，在水解过程中加热。在水解步骤中，可控制诸如温度、时间和补充速率的各种不同的参数以从水解产物中制备具有各种各样特性的材料。图2是示出通过溶解纯钛氧类物质以及采用加热对其进行水解以制备多氧钛酸酯所获得的生长动力学图。所述水解产物典型地为含有醇盐基团的多氧钛酸酯的混合物。

    制备微粒或者纳米微粒的方法也可以包括煅烧水解产物以制备诸如氧化钛和氧化锆的材料。通过该方法制备的微粒和纳米微粒具有可见光波长范围内的至少90％的透过率和/或具有在低于大约400nm的波长范围内的小于大约20％的紫外光透过率。图3为描述形成粉末状纯化学类物质已中和的钛氧化合物的工艺的流程图。在一些实施方式中，所述微粒为多个微粒。

    上述多个微粒的有机和/或合成纳米微粒组合物适于广泛应用，所述应用包括但不限于光学装置的折射率改性添加剂、耐磨涂层或者抗刮涂层、具有可调机械硬度的涂层、阻挡紫外线的涂层、太阳能电池层、涂料添加剂、复合材料(例如纳米微粒聚合物复合材料等)。所述组合物可以混入基体材料(例如聚合物层)中，以便例如在玻璃窗或者挡风玻璃上的抗紫外线和抗刮的薄膜中使用。然而，所述组合物在固体基质中保持它们的光学特性，尤其是当基体材料为光学透明时。如果需要，所述组合物可以并入凝胶或者粘性液相基质中，所述凝胶或者粘性液相基质诸如具有紫外线吸收特性的光学透明的遮光剂或者化妆品组合物。即使是在有机溶剂(例如乙醇、甲醇、甲苯等)中，所述组合物也能保持它们的光学特性，因而，该组合物能够并入有机溶剂和有机基体中而没有光学特性的实质性的损失。

    本发明还提供了具有多个纳米微粒的组合物的涂覆液，所述纳米微粒是通过上述方法形成并且分散在第一液体和第二液体中。在所述涂覆液中，所述第一液体和所述第二液体均具有蒸汽压，但是所述第二液体的蒸汽压小于所述第一液体的蒸汽压。优选地，所述第一液体和所述第二液体易混合，但是所述纳米微粒与所述第一液体更相容。本文所称的术语“更相容”定义为两种液体或者两种材料显示出类似的汉森3-D溶解度参数(Hansen′s 3-Dsolubility parameters)。在一些实施方式中，所述第二液体为可固化液体，而在其他实施方式中，所述第二液体为可聚合液体。本文所称的术语“可固化”可以包括可聚合，但还包括例如通过外部辐射力诱导交联反应之类的化学现象，以及包括其他本领域技术人员公知的固化方法。因此，所述第二液体可以通过本领域技术人员公知的方法进行聚合或者固化，所述方法包括但不限于加热、光化辐射、电子束照射、湿气(moisture)或者上述方法中任意两种或两种以上的组合。所述涂覆液可任选地包括交联剂。

    合适的第一液体包括但不限于水、有机溶剂、无机溶剂及其中任意两种或两种以上的混合物。典型的有机溶剂包括酮、芳烃及其任意两种或两种以上的混合物。

    合适的第二液体包括但不限于水、有机溶剂、无机溶剂及其中任意两种或两种以上的混合物。其他合适的第二液体可以包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环氧化物、聚酯、多羟基化合物、异氰酸盐、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氨酯及其中任意两种或两种以上的混合物。典型的丙烯酸酯包括丙烯酸异辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯及其中任意两种或两种以上的混合物。在一些实施方式中，所述第二液体为1-甲氧基-2-丙醇。

    所述涂覆液还可以包括如下材料：染料、颜料、填料、导电微粒、导热微粒、纤维、成膜聚合物、催化剂、引发剂以及任意两种这种材料的混合物。在一些实施方式中，成膜聚合物为粘合剂。在其他一些实施方式中，成膜聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯。

    本发明还提供了通过将涂覆液应用到基底表面并将所述第一液体的至少一部分除去来提高涂层均匀性的方法。可以通过蒸发所述第一液体来实现除去所述第一液体的至少一部分。在一些实施方式中，基本上所有的所述第一液体都被除去。由于所述第一液体和所述第二液体具有不同的蒸汽压，这种选择性的除去是能够实现的。

    所述方法还可以进一步包括除去所述第二液体的至少一部分。可以通过蒸发所述第二液体来实现除去所述第二液体的至少一部分。在一些实施方式中，基本上所有的所述第二液体都被除去。

    在一些实施方式中，所述方法还包括固化和/或交联所述第二液体。

    也可以制备如上所述的基底和涂覆液的装置。所述基底包括但不限于玻璃、金属、聚合物、木材、陶瓷、纸、织物或者其中任意两种或两种以上的组合。在一些具体的实施方式中，基底为眼镜片、摄像机镜头、双目镜镜头、望远镜镜头、镜子、菲涅耳透镜、光盘、DVD光盘、全息图、窗、便携式电话、个人数字助理、计算器、电视、电子纸、电脑隐私过滤器或者电脑触摸屏。

    也可以制备封装固态装置。所述封装固态装置具有固态装置和密封剂，该密封剂具有(A)大于大约40重量％的硅环氧树脂、(B)大约1重量％至大约20重量％的上述制备的水解产物、(C)小于大约25重量％的酸酐固化剂和(D)大约0.008重量％至大约10重量％的辅助固化催化剂，并且，其中重量百分比的量是基于(A)、(B)、(C)和(D)的合计重量。任选地，固态装置和密封剂可以在一个封装中。在一些实施方式中，固态装置是半导体装置。在其他一些实施方式中，固态装置为光电装置。典型的光电装置包括半导体装置，例如集成电路、发光二极管、电荷耦合元件、存储器或逻辑装置、光电二极管、光电晶体三极管或者光电耦合器。在一些实施方式中，所述封装为壳层或者透镜。

    如上所述，所述密封剂的组分之一可为硅环氧树脂。该树脂包括但不限于例如R₃SiO_0.5、R₂SiO、RSiO_1.5和SiO₂的硅基团和/或通式为EpR₂SiO_0.5、EpRSiO、EpSiO_1.5的含环氧硅基团，其中，Ep为环氧基团。该环氧基团可选自：环氧丙氧基丙基(glycidoxypropyl)、3，4-环氧环己烷乙基或1，2-环氧己基；并且R可以选自：氢、烷基、卤素-取代烷基和/或芳基。在一些情形下，所述硅环氧树脂为1，1，3，3-四甲基-1，3-双[2(7-氧化双环[4.1.0]庚-3-基)乙基]二硅氧烷(1，1，3，3-tetramethyl-1，3-bis[2(7-oxabicyclo[4.1.0]hept-3-yl)ethyl]disiloxane)。

    如上所述，所述密封剂可以包括酸酐固化剂。所述酸酐固化剂可包括双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸酐(bicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylicanhydride)、甲基双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸酐(methylbicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic anhydride)、双环[2.2.1]庚-5-烯-2，3-二羧酸酐(bicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2，3-dicarboxylic anhydride)、邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸二酐、六氢邻苯二甲酸酐、六氢-4-甲基邻苯二甲酸酐、十二烯基丁二酸酐、二氯马来酸酐、氯桥酸酐、四氯邻苯二酸酐或者这些酸酐中的任意两种或两种以上的混合物。辅助固化剂还可并入密封剂，并且所述辅助固化剂可包括但不限于有机金属盐、锍盐、碘盐或者其中两种或两种以上的混合物。在一些具体的实施方式中，所述辅助固化催化剂为金属乙酰丙酮、辛酸锌、辛酸亚锡、金属羧酸盐(不包括金属乙酰丙酮、辛酸锌、辛酸亚锡)、三芳基锍六氟磷酸盐、三芳基锍六氟锑酸盐、二芳基锍六氟锑酸盐、二芳基碘四(五氟苯基)硼酸盐或者这些材料中的任意两种或两种以上的混合物。任选地，所述密封剂还可包括添加剂，该添加剂例如热稳定剂、紫外稳定剂、固化改性剂、偶联剂、折射率改性剂以及其中任意两种或两种以上的混合物。典型的紫外稳定剂包括受阻酚稳定剂。典型的热稳定剂包括亚磷酸盐稳定剂。

    在其他一些实施方式中，所述密封剂被至少部分地固化，而在一些实施方式中所述密封剂被固化。

    在其他一些方面，本文所述的化合物用作酯化反应的催化剂、酯交换反应的催化剂和/或交联剂。

    由于这些材料有广泛的适用性，上述化合物和组合物在紫外稳定剂系统中可用于涂覆。所述稳定剂系统可以包括通式I、通式II或通式III的化合物，通式I、通式II或通式III的化合物的水解产物，或者通过任意上述方法制得的二氧化钛或氧化锆微粒，取代羟苯基-苯并三唑和受阻胺光稳定剂。多组分系统的紫外光保护效果通常超过具有同等水平的取代羟苯基-苯并三唑和受阻胺光稳定剂系统(没有附加化合物或者微粒)的紫外光保护效果。不受理论所约束，所述紫外稳定剂系统中的上述材料的组合相对于所述材料的各个组分的性能的加和或各组分的二元组合的性能的加和显出具有协同效应。在其他这样的实施方式中，合适的羟苯基-苯并三唑为本领域的技术人员所熟知，并且该合适的羟苯基-苯并三唑包括但不限于-类的化合物中的多个合适的羟苯基-苯并三唑以及类似物。典型的羟苯基-苯并三唑化合物例如P、TP、99-2、171、384、400、R-796、900、928和1130。在又一些其他这样的实施方式中，受阻胺光稳定剂(HAL)为本领域的技术人员所熟知，并且该受阻胺光稳定剂包括但不限于在-类化合物中的多个HAL以及类似物。典型的HAL化合物例如为111、123、144、152、292、292-HP、622和5100。CHIMASORB 119为另一种合适的HAL化合物。在一些实施方式中，水解产物或者组合物存在于小于1重量％至大约5重量％的范围内，或者存在于大约0.5重量％至大约4重量％的范围内，或者存在于大约1重量％至大约3重量％的范围内的范围内。在又一些实施方式中，羟苯基-苯并三唑存在于大约0.1重量％至大约5重量％的范围内，或者存在于大约1重量％至大约3重量％的范围内，而受阻胺光稳定剂存在于大约0.5重量％至大约4重量％的范围内，或者存在于大约0.5重量％至大约2重量％的范围内。所述紫外稳定剂可以用于本领域技术人员所熟知的各种涂料和涂层中。

    脱硫

    另一方面，所述化合物可以用于降低燃料的硫含量的工艺中。降低石油衍生燃料的硫含量长期被视为从交通排气中减轻空气污染的一种方式。炼油工业通常采用加氢脱硫工艺以从原油中除去硫醇、硫化物和二硫化物。然而，例如二苯并噻吩及其衍生物的难熔化合物需要更加苛刻的条件(例如高温、高氢压力)以实现超低的硫含量。

    加氢脱硫的一种替代方案为与萃取结合的氧化脱硫(ODS)。难熔化合物的ODS基于在温和的条件下被氧化以生成硫氧化物或者砜的难熔化合物的易反应程度，所述硫氧化物或者砜可通过极性萃取剂被除去。诸如一氧化氮、硝酸、过氧化氢、臭氧、有机过氧化物、氧气、空气和过酸的氧化剂已被使用。众所周知，在诸如HCO₂H、CH_3-xCl_xCO₂H、CF₃CO₂H(其中x为0、1、2或3)及其类似物的有机酸溶剂存在的情况下，用过氧化氢氧化噻吩衍生物。被研究的各种不同的催化剂和助催化剂包括硫酸、钨磷酸(TPA)、甲基三氧铼(VII)、氧化二乙酰丙酮合钒、钛分子筛、钒硅酸盐和许多其他物质。遗憾的是，许多这类固载催化剂因金属浸出、砜吸附或两者的结合而失活。此外，被研究的各种萃取剂包括：极性易挥发性有机化合物(VOC)、高价离子液和腐蚀酸，其中一些还引起环境和安全问题。

    上述通式I的化合物可用作降低燃料中硫或氮的含量的催化剂。不受理论所约束，人们相信，通式I的化合物对催化反应混合物中过酸的形成起作用。然后，所述过酸分别将硫或氮类化合物氧化为砜或氮氧化物类化合物。然后，通过用大量酸(所述反应混合物的一部分)萃取的方式从燃料中除去砜或氮氧化物。

    因此，在一些实施方式中提供了使用所述化合物作为磺化氧化催化剂的方法。在这些实施方式中，将包含折射化合物或者硫污染物的含硫燃料源与适当的溶剂混合，并且添加等份的通式I的化合物的溶液。在其他一些实施方式中提供了使用所述化合物作为氮氧化催化剂的方法。在这些实施方式中，将包含含氮污染物的燃料源与适当的溶剂混合，并且添加等份的通式I的化合物的溶液。含硫污染物和含氮污染物均可以存在于同样的燃料中并且可以用同样的催化剂组合物处理。

    合适的燃料源为任何硫污染或者氮污染的燃料源，该燃料源包括但不限于原油、柴油和诸如汽油、减粘裂化炉汽油、焦化汽油和催化裂化汽油的热裂化汽油。本文所称的术语“裂化汽油”是指通过催化剂热降解高分子量烃形成的多种燃料中的任何一种。这种裂化催化剂和裂化工艺为本领域技术人员所熟知并且常规地用于燃料源的生产。

    本文所称的术语“污染物”是指在燃料中任何数量的不希望有的化合物，例如含硫化合物或者含氮化合物。并且，本文所称的“净化”是指：产品中的污染物含量与处理前的污染物含量相比降低。因此，净化不一定意味着除去所有的污染物，虽然净化可包括完全的净化，但是更确切地，净化意味着与净化处理前的燃料相比污染物的量减少。在一些实施方式中，与所提供的污染的燃料相比，净化过的燃料减少了至少10％的污染物。在其他一些实施方式中，可以以不同方式减少至少20％、减少至少30％、减少至少40％、减少至少50％、减少至少60％、减少至少70％、减少至少80％、减少至少90％或者甚至减少高达100％的污染物。

    含硫折射化合物包括但不限于硫醇、硫化物、二硫化物、噻吩、苯并噻吩(BT)、烷基苯并噻吩、二苯并噻吩(DBT)、4-甲基二苯并噻吩(4-MDBT)，烷基二苯并噻吩(例如4，6-甲基二苯并噻吩(DMDBT))、烷基萘的有机硫化合物和上述化合物的衍生物。

    含氮污染物包括但不限于氮杂环。例如，所述氮杂环包括但不限于咔唑、咪唑、三唑、苯并三唑、奎宁环、氮杂环丙烷、氮杂环丁烷、吡咯烷、吡唑烷、吡咯、吡咯烷、吡唑、四唑、哌啶、哌嗪、吗啉、吡啶、嘧啶、哒嗪、三嗪、二氢吡啶、吲哚、二氢吲哚、异吲哚、吖吲哚、吲唑、吲哚嗪、苯并三唑、苯并咪唑、吡唑并嘧啶、氮杂苯并咪唑基、三唑吡啶、异唑吡啶、嘌呤、腺嘌呤、鸟嘌呤、喹啉、异喹啉、喹嗪、喹喔啉、喹唑啉、酞嗪、二氮杂萘、蝶啶、二氢吲哚、四氢吲哚、四氢吲唑、四氢苯并咪唑、四氢苯并三唑、四氢吡咯并吡啶、四氢吡唑并嘧啶、四氢咪唑并嘧啶、四氢三唑并嘧啶和四氢喹啉以及上述物质的衍生物。适于磺化氧化的溶剂包括但不限于有机酸溶剂，例如HCO₂H、CH_3-xCl_xCO₂H、CF₃CO₂H和其他类似物质，其中x为0、1、2或3。

    根据一些实施方式，净化燃料的方法包括：制备硫污染的燃料和/或氮污染的燃料、通式I的化合物、有机酸和氧化剂的混合物；以及提取净化后的燃料。下面提供了一些例子，其中，制备以苯并噻吩和咔唑的形式表示含硫量或者含氮量的油，并且其中本发明的化合物用作催化剂以在实验条件下净化所述油。通过控制所述条件，可以确定或者监控催化剂的效力。

    根据一些实施方式，用于脱硫的催化剂为双(乙二醇)氧钛(IV)、双(丙三醇)氧钛(IV)、双(赤丁四醇)氧钛(IV)、双(山梨糖醇)氧钛(IV)或者上述化合物或簇合物的任意两种或两种以上的混合物。

    所使用的有机酸可以是本领域所熟知的与其它这类催化剂系统共同使用的有机酸。例如，所述有机酸可以是HCO₂H、CH_3-xCCl_xCO₂H、CF₃CO₂H以及任意两种或两种以上这些有机酸的混合物，其中x为0、1、2或3。同样，所使用的氧化剂可以是如下材料：有机氮氧化物、硝酸、过氧化氢、漂白剂(例如次氯酸钠)、臭氧、有机过氧化物、氧气、空气、过酸以及任意两种或两种以上这些化合物的混合物。基于燃料和其他反应物，所使用的有机酸的量与燃料量的比例可以在1∶1以上的范围内。在一些实施方式中，有机酸与燃料的比例为1∶1，在其他一些实施方式中所述比例为4∶1，或者在又一些实施方式中所述比例为大约10∶1。

    本文所称的术语“有机过氧化物”是指具有通式为RC(O)OOC(O)R′的过氧化官能团的有机基团，其中，R和R’各自为烷基、烯基、炔基、芳基、环基、杂环基或者杂芳基。上述化合物可以包括但不限于过氧化苯甲酰。本文所称的术语“有机氮氧化物”是指用NO基团取代的有机化合物，所述NO基团例如但不限于吡啶氮氧化物、吗啉氮氧化物。本文所称的术语“过酸”是指具有过氧化官能团的通式为R”C(O)OOH的任何有机酸，其中R″为烷基、烯基、炔基、芳基、环基、杂环基或者杂芳基。该过酸被定义为已用过氧化氢处理以形成通式为R″C(O)OOH一类的羧酸。该过酸的例子包括但不限于过甲酸、过乙酸、过三氟乙酸以及类似物。

    对于特定的催化剂、酸、氧化剂或者温度而言，在去除污染物的反应中所使用的组分与脱硫或者脱氮的燃料的比例可以改变以优化所述反应。因此，在一些实施方式中，在反应物的混合物中的燃料量可在约30重量％至70重量％的范围内发生变化，或者在其他一些实施方式中，在约40重量％至60重量％的范围内发生变化。在一些实施方式中，有机酸占有大约20重量％至60重量％，或者在其他一些实施方式中，有机酸占有大约25％至40％。该有机酸与氧化剂发生反应以形成用于硫污染物或者氮污染物的氧化源的过酸类物质，但是该有机酸还可以作为萃取剂以从燃料中除去砜或者氮氧化物。

    氧化剂含量通常基于存在的硫污染物或者氮污染物的摩尔比。可预料，氧化剂与硫的期望比例为1∶1(以每mol为基准)，然而，为了获得期望的动力学曲线，高达3∶1或者甚至高达8∶1的较高装载量可以是必要的。在一些实施方式中，在混合物中氧化剂占有大约5重量％至20重量％，或者在其他一些实施方式中占有大约10重量％至18重量％。

    通常，获得所期望的效率的催化剂装载量越低，从成本方面来讲越好。然而，催化剂装载量可广泛地变化。依照一些实施方式，在混合物中催化剂可以占有大约0.02重量％至0.8重量％，或者在其他一些实施方式中，催化剂可以占有大约0.04重量％至0.4重量％。在其他一些实施方式，催化剂相对于所述燃料占有0.5ppm或更高的比率。

    在一种具体实施方式中，除去催化剂并且使用次氯酸盐(例如次氯酸钠)作为氧化剂，在这种情况下，次氯酸盐对有机酸(例如乙酸)起作用产生能够将硫氧化成砜的过酸类物质，然后，从燃料混合物中除去砜。

    反应温度和时间在催化剂效率和反应动力学中也起作用。所述温度可以在室温及以上的范围内变动。温度上限受限于在反应器中保持反应物并且因为过热而不损失反应物和/或产物的理想值。因此，在一些实施方式中，所述方法在室温下实施。然而，在其他一些实施方式中，反应温度可以在约30℃至130℃或者在约40℃至60℃的范围内变动。反应时间也是考虑的事项。在孤立的反应器中，反应时间仅仅为处理前反应运行多久；然而在联机系统中，该时间规定为在反应器中的停留时间。上述时间可以根据反应物、污染物的含量或者本领域技术人员所熟知的一些其他因素改变。在一些实施方式中，上述时间在约5秒至60分钟的范围内变动；而在其他一些实施方式中，该时间在约1分钟至30分钟或者在约1分钟至10分钟的范围内变动。

    图8为如上所述的磺化氧化工艺的一种实施方式的工艺流程图。源A可以包括在混合点1进入该工艺的高硫有机流体流，其中，该有机流体可以是如上所述的流体。源Q可以包括在反应器10引入系统的氧化剂，其中，该氧化剂可以包括上述的氧化剂，其中，该氧化剂在混合点1与有机流体流混合。在通过水解产生氧化剂的实施方式中，源Q可以包括电输入。

    来自混合点1的混合物可以与催化剂在反应器2中结合以形成双相油反应混合物，使得高硫有机流体在反应器2内被磺化氧化，其中，被氧化的硫化合物被从有机流相萃取进入水反应相。所述催化剂可以为上文描述过的那些催化剂。所述催化剂可以以固体或者液体形态进入反应器2，并且可以从混合点11处转移至反应器2。在一些实施方式中，在混合点1和混合点11处完成的混合可以在反应器2处完成。

    双相油反应流B可以从反应器2转移至分离器3，其中，高硫极性萃取物(extractate)E可以与低硫(或者基本上无硫的)萃余液C分离。所述高硫萃取物E(包括被氧化的硫化合物和催化剂)可以从分离器3转移至蒸馏塔4，其中，上层馏分F(纯萃取剂，例如溶剂)可以通过蒸馏从重馏分G中分离，其中，重馏分可以包括被氧化的硫化合物(例如有机砜)和催化剂。上层馏分F可以回到混合点11。在一些实施方式中，高硫萃取物E可以代表约为15％的双相油反应流B并且低硫(或者基本上无硫的)萃余液C可以代表约为85％的双相油反应流B。

    重馏分G可以转移至萃取器5，其中，可以通过H工艺使用蒸馏塔6来萃取催化剂，并且通过工艺I可以将溶剂返回至萃取器5。催化剂浓缩物K可以返回至混合点11。剩余的高硫、含盐重组分(heavies)J可以从萃取器5转移至萃取器7，其中，盐可以通过水洗输出端N除去并返回到反应器10。如果氧化剂为NaOCl，在萃取器7的工艺可包括盐萃取。当使用其他的氧化剂时，萃取器7可以包括溶剂洗涤。通过输入端L可以将水引入萃取器7。

    高硫重组分M(例如高硫有机物)可以从萃取器7转移至反应器8。反应器8可以包括高温反应器，并且可以利用催化剂(例如固体床催化剂)。在反应器8中，高硫重组分可以被催化分成SO₂和有机化合物，其中，SO₂可在SO₂输出端P处从反应器8中除去。在反应器8中提取的有机化合物O(例如油等)可以从反应器8转移至该有机化合物O与低硫萃余液C混合的混合点9，并且有机化合物O可以转移至低硫瓦斯油输出端D。

    本领域技术人员容易理解所论述的全部范围和比例能够并且也一定描述了其中用于所有用途的全部子范围和子比例区间，而且，全部所述的子范围和子比例区间也是本发明的重要组成部分。任何所列范围和比例能够容易地被理解为充分描述并且允许同样的范围或比例分成至少相等的两份、三份、四分、五份等。作为非限制性实施例，本文所论述的每个范围或者比例能够容易地分成下三分之一、中间三分之一和上三分之一等。

    在本说明书中涉及的所有的出版物、专利申请文件、授权的专利文件以及其他文件通过引用并入本文，正如每个单独的出版物、专利申请文件、授权的专利文件或者其他文件被详细地和单独地指明通过引用全部并入本文。通过引用并入本文的文献中所包含的定义被排除在其与本文公开的定义矛盾的范围外。

    通过参考下述实施例，本发明将更容易理解，所述实施例提出的目的在于举例说明，并非意于也不应被以任何方式解释为限制本发明权利要求书所限定的范围。

    试验

    实施例1

    双(丙三醇)氧钛(IV)的制备。用去离子水(2Kg)稀释氯氧化钛(2Kg，美联化学公司(Millennium Chemical))，然后将已稀释的氯氧化钛添加到盛有丙三醇(2Kg)的20L圆底烧瓶中。允许搅拌该混合物直到颜色为淡黄色。然后将所述20L圆底烧瓶置于旋转蒸发器中在真空(-25汞柱)条件下加热至50℃以除去多余的水分和盐酸。当不再出现冷凝液时，向所述烧瓶补充水(0.65L)并且旋转蒸发以进一步除去多余的水分和盐酸。再重复上述过程两次。最后蒸发之后，对粘性的淡黄色液体进行称重(2.64Kg)，并用甲氧基丙醇(0.85Kg)稀释以降低粘度。然后用三乙胺(3.3Kg，乙醇中占33％w/w)中和。然后将已混合的中和溶液冷却若干小时以生成棒状三乙胺盐酸盐针晶。通过真空过滤除去三乙胺盐酸盐晶体。将所述滤液缓慢添加到丙酮(70L)中使得产物以白色固体沉淀出。然后将所述丙酮倾析，得到灰白色的固体残渣。然后用己烷(20L)用力冲洗所述灰白色固体残渣以得到精细的白色粉末。通过过滤收集所述粉末(基于Ti，产率＞63％)。计算出的％Ti：16.98。分析结果：16.7；mp DSC(dec)273℃；ESI-MS(正模式)245amu；¹H-NMR(DMSO-d6)4.25(br s，4H)，3.45(m，2H)，3.38(m，4H)，3.31(m，4H)。

    实施例2

    双(乙二醇)氧钛(IV)的制备。用去离子水(100.15g)稀释氯氧化钛(100.75g，美联化学公司(Millennium Chemical))，然后将已稀释的氯氧化钛添加到盛有乙二醇(59.7g，VWR)的1L圆底烧瓶中。允许搅拌该混合物直到颜色为淡灰色。然后将所述1L圆底烧瓶置于旋转蒸发器中在真空(-25汞柱)条件下加热至65℃以除去多余的水分和盐酸。当不再出现冷凝液时，向所述烧瓶补充水(50mL)并且旋转蒸发以进一步除去多余的水分和盐酸。再重复上述过程两次。最后蒸发之后，对该粘性清液进行称重(90.3g)。

    实施例3

    双(二乙二醇单丁醚)氧钛(IV)[(BuO(CH₂)₂O(CH₂)₂O)₂TiO]的制备。用去离子水(17.6g)稀释氯氧化钛(17.6g，美联化学公司(MillenniumChemical))，然后将已稀释的氯氧化钛添加到盛有二乙二醇单丁醚(15g，VWR)的1L圆底烧瓶中。允许搅拌该混合物直到颜色为淡橙色。然后将所述1L圆底烧瓶置于旋转蒸发器中在真空(-25汞柱)条件下加热至65℃以除去多余的水分和盐酸。当不再出现冷凝液时，向所述烧瓶补充水(50mL)并旋转蒸发以进一步除去多余的水分和盐酸。再重复上述过程两次。最后蒸发之后，对该粘性的黄色油进行称重(22g)。¹H-NMR(DMSO-d₆)4.19(br s，6H)，3.45-3.39(m，12H)，3.37-3.34(m，4H)，3.31(m，4H)，1.41(m，4H)，1.24(m，4H)，0.81(t，6H)。

    实施例4

    聚合物的制备。将双丙三醇-氧钛(IV)以10重量％固体的加载量溶于二甲基亚砜(DMSO)。将2mL该溶液添加到2mL蒸馏水中，并搅拌以确保得到均匀的初始溶液。将得到的溶液置于如下的石英试管中：该石英试管已用通过0.2μm PTFE过滤器滤过的蒸馏水冲洗三次。将所述试管置于粒度分析仪上。起初将温度保持在20℃不变，并且以一定的时间间隔测量粒度。29小时后，将温度升高至50℃并保持在该值不变，并且以一定的时间间隔测出粒度。粒度数据表明：在20℃持续时间内粒度没有变化，而在50℃持续时间内粒度稳步增加。

    脱硫的实施例

    上文对采用通式I的化合物进行磺化氧化的工艺进行了总体描述，通过如下通用的方法和实施例的描述，该工艺将更容易理解。

    实施例5

    三种通用的方法被用于制备各种不同的样品。每种方法都包括：通过将二苯并噻吩(DBT)溶于四氢化萘以得到硫含量约为百万分之15,000(ppm)的溶液(将约为0.76g的DBT溶解于约为8.33g的四氢化萘中)来制备模拟油。加热的循环浴被用于控制所述反应器(J-KEM)的温度(±0.1K)，对于高温样品，控制在大约323K的温度。以不同的时间间隔提取等份油相，并通过色谱技术测量该油相以获知DBT转化率。以大约每分钟200转(rpm)的速度用混合杆搅拌所述反应物。

    通用方法A。制备甲醇中含有40重量％双(丙三醇)氧钛(IV)的催化剂溶液。然后通过以下步骤进行氧化脱硫实验：在玻璃间歇式反应器中将醋酸与所述模拟油混合，添加经测量的等份催化剂溶液，然后添加一定量的氧化剂。

    通用方法B。通过以下步骤进行氧化脱硫实验：在玻璃间歇式反应器中将醋酸、所述固体催化剂(双(丙三醇)氧钛(IV))与所述模拟油混合，然后添加测量量的氧化剂。

    通用方法C。通过以下步骤进行氧化脱硫实验：在搪瓷压力反应器中将醋酸、测量等份的含有40重量％的双(丙三醇)氧钛(IV)的甲醇溶液与所述模拟油混合。当用空气加压时，反应时间开始。

    分析方法

    采用配有柱式加热炉和二极管阵列检测器的HP1090液相色谱仪进行高效液相色谱(HPLC)实验。采用HP化学工作站V.5.03控制所述系统和收集数据。所述色谱柱为Phenomenex Luna(2)C-18色谱柱(250mmX4.6mm)。所述柱式加热炉保持在40℃。溶剂包括乙腈(J.T.Baker HPLC Grade Acetonitrile part#9017-03)和超纯水。溶剂程序为50％的溶剂A、平衡B(balance B)、20分钟时过渡到100％的溶剂A并保持2分钟。当返回到初始条件时，在注入下一样品之前存在有8分钟的平衡延迟。流速为1.0ml/min，并且注入量为10μl。二极管阵列检测器设定在260nm(十氢化萘)和325nm(四氢化萘)，其带宽均为4nm。通过将保留时间与商业标准进行比较以帮助识别起始材料和反应产物。采用五点校正曲线以获得分析物的浓度，产量的百分值描述苯并噻吩起始材料的消耗百分值。

    除非另有说明，核磁共振实验是采用d8-甲苯在Varian VNMRS-500上进行的。利用商用材料获得苯乙烯氧化物和反式二苯乙烯氧化物的光谱，并将所述光谱用于与氧化产物的光谱进行比较。

    脱硫

    依照通用方法A在不同的催化剂装载量(催化剂体积)、氧化剂强度(氧化剂，H₂O₂浓度)、酸强度(酸，25％醋酸相比于冰醋酸)和温度(T)的条件下进行反应，并且在一小时后对该反应的转化率(％产率)进行分析。所述催化剂为含有40重量％双(丙三醇)氧钛(IV)的甲醇溶液。酸的量在大约8.35g至大约8.37g之间。氧化剂的量约为2.80g。所得结果在下面的表1和图6中示出。

    表1：脱硫结果

       样品  催化剂体积  酸  氧化剂  T  ％产量  1  10μl  25％醋酸  H₂O₂(25％)  室温  0  2  10μl  25％醋酸  H₂O₂(25％)  50℃  16.6  3  10μl  25％醋酸  H₂O₂(50％)  室温  0  4  10μl  25％醋酸  H₂O₂(50％)  50℃  1.4  5  100μl  25％醋酸  H₂O₂(25％)  室温  0.2  6  100μl  25％醋酸  H₂O₂(25％)  50℃  1.9  7  100μl  25％醋酸  H₂O₂(50％)  室温  0.3

       样品  催化剂体积  酸  氧化剂  T  ％产量  8  100μl  25％醋酸  H₂O₂(50％)  50℃  3.6  9  10μl  冰醋酸  H₂O₂(25％)  室温  3.9  10  10μl  冰醋酸  H₂O₂(50％)  50℃  96.4  11  10μl  冰醋酸  H₂O₂(50％)  室温  9  12  10μl  冰醋酸  H₂O₂(25％)  50℃  40.9  13  100μl  冰醋酸  H₂O₂(25％)  室温  28.3  14  100μl  冰醋酸  H₂O₂(25％)  50℃  100  15  100μl  冰醋酸  H₂O₂(50％)  室温  89.8  16  100μl  冰醋酸  H₂O₂(50％)  50℃  100  17  100μl  冰醋酸  H₂O₂(50％)  50℃  100  18  100μl  冰醋酸  H₂O₂(50％)  50℃  100

    样品19。由于样品16的产率结果为100％，因此，重复相同条件，在四十分钟内每隔十分钟抽取等份样品。所得结果在下列表2中示出：

    表2：在如下条件下的产量结果，所述条件为：时间t，催化剂体积为100μl，选用冰醋酸、50％的H₂O₂，50℃。

       t(分钟)  ％转化率  10  63.4  20  98.8  30  100  40  100

    样品20。重复样品19的条件，但反应器的搅拌器的旋转速率为400rpm。分别在5分钟、15分钟和25分钟时取出等份样品进行分析以测量效果。所得结果在下面的表3中示出。

    表3：更快的搅拌器的旋转速度条件下的结果

       t(分钟)  ％转化率  5  50.6  15  99.2  25  100

    样品21。重复样品20的条件，但将冰醋酸与四氢化萘的质量比增加一倍。分别在5分钟、10分钟和12分钟时取出等份样品进行分析以测量效果。所得结果在下面的表4中示出。

    表4冰醋酸与四氢化萘的更高比例。

       t(分钟)  ％转化率  5  99.3  10  100  12  100

    样品22。重复样品21的条件，但将过氧化氢的浓度相对于DBT减小至3摩尔当量。分别在5分钟、15分钟和25分钟时取出等份样品进行分析以测量效果。所得结果在下面的表5中示出。

    表53当量的过氧化氢。

       t(分钟)  ％转化率  5  84.4  15  100  25  100

    样品23-39。依照通用方法B在不同的催化剂量(催化剂量)、氧化剂强度(氧化剂，H₂O₂浓度)、酸强度(酸，25％醋酸相比于冰醋酸)和温度(T)的条件下进行反应，并且在一小时后对该反应的转化率(％产量)进行分析。RT规定为大约20℃的室内温度。所述催化剂为固态双(丙三醇)氧钛(IV)(醋酸中的有限溶解度)。酸的量在大约8.34g至约8.38g之间。氧化剂的量约为2.80g。结果在下面的表6中示出。

    表6：采用通用方法B进行脱硫。

       样品  酸  重量  氧化剂  T  ％产量  23  25％醋酸  8.6mg  H₂O₂(25％)  50℃  0  24  冰醋酸  8.5mg  H₂O₂(25％)  50℃  84.9  25  25％醋酸  84.5mg  H₂O₂(25％)  50℃  3.5  26  冰醋酸  84.1mg  H₂O₂(50％)  50℃  100  27  25％醋酸  8.4mg  H₂O₂(50％)  50℃  1.3  28  冰醋酸  8.5mg  H₂O₂(50％)  50℃  99.2  29  25％醋酸  83.7mg  H₂O₂(50％)  50℃  2.7  30  冰醋酸  83.5mg  H₂O₂(50％)  50℃  100  31  冰醋酸  84.0mg  H₂O₂(50％)  50℃  100  32  25％醋酸  8.6mg  H₂O₂(50％)  室温  0  33  冰醋酸  8.6mg  H₂O₂(25％)  室温  11.6  34  25％醋酸  84.6mg  H₂O₂(25％)  室温  0  35  冰醋酸  84.4mg  H₂O₂(25％)  室温  92.9  36  25％醋酸  8.4mg  H₂O₂(25％)  室温  0  37  冰醋酸  8.4mg  H₂O₂(50％)  室温  21  38  25％醋酸  84.3mg  H₂O₂(50％)  室温  0.5  39  冰醋酸  84.7mg  H₂O₂(50％)  室温  95.9

    对含氮有机物的催化效应

    石油馏出物是复杂的混合物，经常包含烯烃和含氮杂环。采用苯乙烯、反式二苯乙烯和咔唑来进行实验以模拟催化剂对燃料中烯烃和氮杂环的影响。所采用的模拟载体为d₈-甲苯以便通过核磁共振光谱进行分析。在上述反应条件和反应时间下，没有发现苯乙烯氧化产物。在15分钟时反式二苯乙烯没有显示出任何氧化，而在1小时后发现约13％氧化为反式二苯乙烯氧化物。通过N-H质子共振消失证实了在15分钟内出现咔唑的完全氧化。

    模拟油是通过独立地将烯烃(苯乙烯和反式二苯乙烯)溶解于d₈-甲苯(6g)中至10重量％来制备。氧化实验按照如下步骤进行：在玻璃间歇式反应器中将醋酸(18g)与模拟油混合，添加100μL的含有40重量％双(丙三醇)氧钛(IV)的甲醇溶液，然后添加5摩尔当量的50％的H₂O₂溶液(以烯烃为基准)。反应器在搅拌速率为200rpm的条件下混合。采用加热的循环浴控制所述反应器(J-KEM)的温度(±0.1K)在323K。实验进行一小时，其中，在15分钟和1小时时取出等份样品检测转换率。15分钟后通过¹H-NMR和¹³C-NMR核磁共振分析没有发现任何烯烃氧化。在1小时后没有观察到苯乙烯的氧化，并且1小时后发现反式二苯乙烯仅部分环氧化(13％)。

    模拟油是通过将咔唑(10％)溶解于d8-甲苯(6g)制备。氧化实验按照如下步骤进行：在玻璃间歇式反应器中将醋酸(18g)与模拟油混合，添加100μL的含有40重量％的双(丙三醇)氧钛(IV)的甲醇溶液，然后添加5摩尔当量的50％的H₂O₂溶液(以烯烃为基准)。采用加热的循环浴控制所述反应器(J-KEM)的温度(±0.1K)在323K。实验进行一小时，其中，在15分钟和1小时时取出等份样品检测转换率。通过¹H-HMR核磁共振分析，N-H伸展消失证实了在15分钟后出现咔唑的完全氧化。

    在该工艺中发生的反应可能包括由通式I的化合物催化形成过乙酸。过乙酸具有交叉溶解性进入油相，并能与DBT反应以形成亚砜。所述亚砜与醋酸相一起具有交叉溶解性，并能被进一步氧化成对于醋酸相而言具有更强的亲合性的砜。图7中示出了反应和质量传递。

    脱硫动力学

    模拟油是通过将DBT(72.4mg，0.39mmoles)、苯并噻吩(BT)(54.1mg，0.4mmoles)、4-甲基二苯并噻吩(4-MDBT)(81.0mg，0.41mmoles)和4，6-二甲基二苯并噻吩(DMDBT)(78.5mg，0.37mmoles)溶于十氢化萘来制备。氧化实验按照如下步骤进行：在玻璃间歇式反应器中将醋酸(12g)与模拟油混合，添加100μL含有40重量％双(丙三醇)氧钛(IV)的甲醇溶液，然后添加2.8g的50％的H₂O₂溶液(O∶S比为26∶1)。反应器被以200rpm的搅拌器速率混合。采用加热的循环浴控制所述反应器(J-KEM)的温度(±0.1K)在大约323K。实验进行半小时，其中，以5分钟、15分钟和30分钟的时间间隔取出等份样品(全相分离可允许发生在选取的抽样点和指定的时间处)。图5所示的动力学数据通过与由如下文献确定的钨磷酸的结果进行比较的方式来绘制，该文献为：Yazu et al.Chemistry Letters 32(10)，920(2003)。

    如图5所示，DBT及其衍生物的消失为在过量过氧化物和醋酸条件下的准一级反应。可以看出，氧化速率按照如下顺序：DBT＞BT＞MDBT＞DMDBT。相比之下，Yazu观察到DBT与DMDBT的速率相同。

    本发明前面的描述是为了举例说明和描述的目的，这不是为了穷尽本发明或者将本发明限定于所公开的精确形式，而根据上述教导可进行修改或变化或者可从本发明的实践中得到修改和变化。所选择的附图和说明书内容是为了解释本发明的原理及其实际应用。需要说明的是，本发明的范围是由所附权利要求及其等同内容所限定。