Small Structures:构筑纳米金属有机框架非均相催化剂

金属有机框架材料是由金属离子(或团簇)和有机配体组成的多孔晶体材料。相比于传统沸石,金属络合物等非均相催化剂,它具有更加丰富的组装基元,超高的比表面积以及灵活多变的活性位点。从形貌上来讲,通过自上而下或者自下而上的合成策略能够成功制备尺寸均一、形貌规整的纳米金属有机框架材料,一定程度上提高了催化位点的利用率和增强了反应物传递速率。从结构上来讲,金属中心和有机分子通常由动态化学键相连,为进一步化学修饰功能化提供了机会。此外不同价态的金属离子和功能各异的有机配体为设计具有不同孔道环境以及配位环境的异相催化剂带来了无限可能。凡事具有两面性,可逆的化学成键对金属有机框架材料在苛刻的反应条件下保持稳定提出了严峻的挑战。因此如何平衡活性与稳定性,科学调控金属有机框架材料的组成单元以及合成工艺的探究成为了开发高效催化剂的关键。在这篇综述中,国家纳米科学中心唐智勇课题组回顾了纳米金属有机框架材料的常用制备方法,重点讨论了如何从分子尺度上调控提升其催化活性,并介绍了近几年来金属有机框架材料在光、电、热多个催化领域中的代表性工作。

国家纳米科学中心唐智勇研究员课题组详细介绍了纳米级金属有机框架材料在催化领域应用中的优势。作者将调控改善催化位点活性的策略分为调控活性中心电子态、孔道环境以及后修饰三类。文章进一步阐述了上述调控策略在实际运用中的具体实施方法。通过实例分析,展示了不同调控策略的优越性和可设计性。最后作者展望了纳米金属有机框架材料在催化领域中的发展方向以及面临的挑战。作者相信,随着全世界科研工作者更多创新性工作的推进,纳米金属有机框架材料将会实现大规模高效催化制备高附加值精细化学品。

Engineering Nanoscale Metal-Organic Frameworks for Heterogeneous Catalysis

Xiaofei Zhang, Jianyu Han, Jun Guo, Zhiyong Tang*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202000141