福建物构所金属-有机框架催化材料研究取得系列新进展
更新日期：2016-02-24
面对当前严峻的环境污染与能源短缺问题，采用高效的环保型多相催化剂是催化化学领域的研究热点之一。从可持续的角度出发，在水相中由C-H键直接构筑C-C键是一条更加直接、环保且具有原子经济性的绿色途径，越来越受到人们的广泛关注。
在科技部973计划、国家自然科学基金、中科院先导专项等项目的支持下，福建物构所结构化学国家重点实验室曹荣研究团队在MOFs催化材料的研究中取得新进展。该团队将憎水的全氟烷烃修饰在具有高比表面积的金属-有机框架化合物NU-1000的介孔孔道中，并采用等体积浸渍法将Pd纳米颗粒均匀地分散在其孔道中。与未修饰的金属-有机框架化合物材料相比，所获得的材料在水相中催化吲哚C-H活化反应活性大大提高，并具有高的C2选择性。全氟链的引入极大地增强了孔道的憎水性，有利于反应物进入孔道中的活性中心，达到了提高活性的目的。这是首例利用M@MOF在水相中催化C-H活化反应，相关工作发表在J. Catal., 2016, 333, 1-7上，并被选为该杂志的Featured Article。
另外，MOFs在负载纳米颗粒进行催化时一般仅仅是作为载体保护纳米颗粒不团聚，而且大多数金属-有机框架化合物是微孔材料，这限制了反应底物和产物进入孔道中的活性中心而导致活性较低。该团队首次利用多级微介孔金属-有机框架化合物MM-MIL-53（Al）成功地将PtPd合金纳米晶分散在其孔道中。令人惊奇的是，MM-MIL-53（Al）上的路易斯酸碱活性中心与PtPd合金纳米晶发生相互作用，形成了双功能催化剂，能高效地在无氧条件下协同催化仲醇脱氢转化为酮，相关工作发表在J. Catal., 2015, 330, 452-457上，并被选为该杂志的Featured Article。
之前，该团队还成功地将钯纳米颗粒负载在MIL-101(Cr)-NH2介孔笼中，能在水中室温下高效催化氯代芳香烃脱氯反应（J. Catal., 2012, 292, 111–117）；将钯纳米颗粒负载在基于MIL-53(Al)的部分胺基官能化的混联MOFs材料上，能高效催化Heck反应（ChemPlusChem, 2012, 77, 106-112, Top Cited Papers）；将钯纳米颗粒负载在MIL-53(Al)-NH2上，室温下能高效催化Suzuki偶联反应（Catal. Commun., 2011, 14, 27-31, Top Cited Papers）；将钯纳米颗粒负载在介孔金属有机框架材料MIL-101(Cr)笼中，能高效高选择性催化吲哚及其衍生物C-H反应得到C2芳香化产物(Chem. Eur. J., 2011, 17, 12706-12712)。这些催化剂非常稳定，能循环使用多次而活性没有降低，为新型、高效催化剂的研制提供了新思路。
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（曹荣课题组供稿）