Small:协同催化——晶态多孔材料限域金属活性物种

催化是化学工业的基础,而催化剂又是催化反应的核心,设计和开发高效催化材料一直以来受到人们的热切关注。近20年来,晶态多孔材料(Crystalline Porous Materials,CPM,例如沸石、金属有机框架等),以其结构多样性、大的孔隙率和比表面积、可调的孔结构等诸多优点,被广泛的应用于各类催化反应之中。特别是将各类催化活性金属物种,比如金属合金、金属氧化物、多酸、金属团簇、单原子等限域到CPM孔道或者窗口内,制备所得到的各种金属@CPM复合材料已成为一种新型的多相催化剂。鉴于这类材料独特的限域效应,赋予了金属@CPM催化剂许多优于一般负载型催化剂的优点。例如,这些活性金属物种可以与功能化CPM骨架相互协作,从而充分发挥它们各自的优势,取长补短,在催化过程中有效地提高催化反应性能。同时,这类材料往往可以很好的防止在苛刻反应条件下活性金属烧结成大的纳米颗粒,从而提高催化剂的稳定性。更重要的是,金属活性物种与多孔骨架之间的相互作用易于调节活性金属物种的几何和电子结构,起到协同催化的作用。此外,联合多孔骨架,这种协同效应可以诱导形状选择催化,位点选择性催化,串联多步催化等等,这对于负载在开放结构固体载体上的活性金属来说是很难实现的。近年来,随着人们对该类金属@CPM复合催化材料的不断深入研究,其在协同催化方面彰显出的独特优势也越来越受到人们的重视。

基于此,南开大学胡同亮教授等人,综述了该类活性金属@CPM复合催化材料在协同催化方面的最新研究进展,特别对催化活性金属物种与CPM骨架之间在协同催化反应中各类反应活性位点之间的相互作用以及作用机理进行了归纳总结,阐明了该类催化材料目前在协同催化系统中存在的挑战,并对其未来的发展做了展望。该工作近期发表在Small(Incorporation of Active Metal Species in Crystalline Porous Materials for Highly Efficient Synergetic Catalysis;DOI:10.1002/smll.202003971)期刊上并得到国家自然科学基金等项目的资助。