Chem. Eur. J. :新型杨桃形金属有机框架用于高效催化剂

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国防科技大学陶呈安和王建方课题组报道了一种由Zr6八面体结点和四(4-羧基苯基)卟吩桥联配体组成的新型杨桃形金属有机框架材料,其结构特征是由六瓣二维纳米片共边生长形成。与相应的三维金属有机框架材料相比,杨桃形金属有机框架材料在化学战剂催化脱毒反应中表现出更优异的催化活性。



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金属有机框架(MOF)是高度多孔、结构明确的结晶材料,在过去二十年中获得了相当大的关注。这些框架内的活性金属位点提供了相互隔离的催化活性中心,这推动了MOFs在其他催化材料中脱颖而出。然而,它们的催化活性往往受到底物和产物在框架内扩散速率的限制。


纳米级材料与本体材料相比,表现出增强的物理和化学性能。特别是超薄(单层或少层)二维(2D)MOF纳米片,具有较小扩散势垒,为底物分子提供了更容易接近的活性位点。然而,它们容易聚集和重新堆叠,尤其是在“干燥”状态下。聚集导致2D特性的丧失和暴露的活性金属位点的掩埋,从而影响催化活性。如果能够合成出一种由超薄二维片状物组成的高级的MOF结构,由于构型的限制,片层不会堆积,从而能够保持优异的催化活性。


基于上述考虑,国防科技大学陶呈安和王建方课题组采用“配体饥饿法”成功地制备了一种新型的杨桃形金属有机框架材料(SMOF)。它是由六瓣共边生长的2D纳米片构成,通过3D PCN-222 MOF中间体转化路径形成。3D到2D过渡生长路径的发现为未来MOF材料的设计和合成提供了令人兴奋的机会。


通过对两类剧毒性化学战剂(G型神经性毒剂和糜烂性毒剂)模拟物进行脱毒来研究SMOF的催化活性。结果表明,对两种化学战剂的脱毒反应的半衰期分别约为1.3 min和5.7 min。在迄今为止已报道的用于神经性毒剂和芥子气脱毒的双功能催化剂中,SMOF对这些化学威胁具有最高的催化活性。这些发现表明,SMOF作为多功能和高效催化剂在各种催化反应和化学战剂防护过程中具有巨大应用潜力。

文信息

Starfruit-Shaped Zirconium Metal-Organic Frameworks: From 3D Intermediates to 2D Nanosheet Petals with Enhanced Catalytic Activity

Prof. Cheng-an Tao, Beibei Wang, He Zhao, Xuheng Yang, Jian Huang, Prof. Jianfang Wang


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202302835

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