金属有机架构材料(mofs)的催化应用 - 上海大学.pdf

第 38 卷第 5 期 ■科技进展 doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2016.05.006 金属有机架构材料(MOFs)的催化应用 ① ① ①† ② 张辰 ，戚焕震 ，孙俭 ，王慧 ①上海大学环境与化学工程学院，上海200444 ；②中国科学院上海高等研究院，上海2012 10 摘要 金属有机架构材料(metal-organic frameworks)是一种介于有机纤维和无机沸石分子筛的新型有机-无机杂化材料。 有机配体的连接作用将无机金属簇通过配位键或者超分子作用自组装连接在一起，形成具有拓扑结构的一维、二维或者三 维的大分子结构。由于其灵活可调的孔结构、超高的比表面积以及易于功能化的特点，金属有机架构材料在催化应用方面 展现出优异的发展前景。综述了近年来MOFs材料在催化领域的研究成果，重点关注了材料的制备方法和催化应用。 关键词 金属有机骨架材料；多相催化；多功能催化剂 随着人类社会的发展，环境问题和工业对 性，从而实现尺寸选择；④有机配体使MOFs催 于清洁高效的催化剂的需求，使得新型高效绿色 化材料可有效涉及有机合成反应。 催化材料的开发成为催化工作者的研究目标。 MOFs材料的上述特点使其在氧化-还原反 金属有机架构材料(metal-organic fr amework s, 应、硅腈化反应、Friedel-Craft s反应、缩合反 MOFs)是一种介于有机纤维和无机沸石分子筛的 应以及串联耦合等重要反应中得到应用，尤其 有机-无机杂合材料，它通过有机配体的连接作 是合成方法成熟、水热稳定性好，能适用于上 用将无机金属簇通过配位键或者超分子作用自组 述催化反应条件的MOFs材料，如ZIF 、MIL 、 装连接在一起，形成具有拓扑结构的一维、二维 IRMOF 、HKUST系列以及相应功能化产物，在 或三维的大分子结构。其中，有机配体通常为由 催化性能和机理方面与传统催化剂产生鲜明对比 含氧、氮等的多齿有机配体，无机金属簇一般是 和特点。 由过渡金属离子所构成。 MOFs材料由于其灵活可调的孔结构、超高 1 MOFs材料的催化应用 的比表面积以及易于功能化的特点，使其在气 [1] [2] [3] 1.1 氧化还原反应 体的捕获 和分离 、氢气的储存 、化学传感 [4] [5] [6-8] [9] 氧化还原反应在有机合成中占有非常重要 器 、铁电材料 、催化剂 以及生物医药 等 方面取得巨大的进展。其中驱动MOFs催化材料 的地位，传统催化氧化反应常采用贵金属负载 迅速发展的动力归结为MOFs材料自身优异的物 型催化剂，且催化活性与粒径尺寸密切相关。 化结构特性，即具有金属簇、有机配体和拓扑结 MOFs材料结构中大量稳定且规整分布的金属位 构的规整晶体框架。具体而言，MOFs具有以下 点为反应提供了充足的活性中心。框架结构形成 特点：①多样化的金属簇；②独特的金属-有机 的笼状结构克服了贵金属负载型催化剂活性金属 配体的配位连接方式使有机配体选择和功能化呈 分散度低、较小的粒径尺寸，以及与载体结合能 现多样性；③框架结构和孔道结构具有很强可调 力较差导致迁移聚集失活的缺点。笼状结构在保 †通信作者，E-mail: sunj k 12@ 355 Chinese Journal of Nature Vol. 38 No. 5 PROGRESS