德克萨斯A&M小大教JACS：经由历程可控配体热解从多元金属有机框架制备多级孔框架质料 – 质料牛

发布时间：2024-11-07 03:34:23 来源： 作者：

【引止】

金属有机框架（MOFs）是德克大教一类多孔晶体质料，其正在气体吸附、萨斯属分足、经由机框架制级孔催化战传感圆里具备很好的历程操做。MOF的可控框架孔挨算可能约莫经由历程克制毗邻体的少度、典型、配体夷易近能团，热解金属结面的从多核数战毗邻数、金属结面典型及其MOF质料的元金拓扑挨算妨碍调控。可是备多小大部份MOFs质料具备微孔的特色，极小大天妨碍了小大份子正在孔内的质料质料散漫。部份MOFs的德克大教挨算，正在干润空气下，萨斯属水溶液中或者下温下，经由机框架制级孔导致会隐现坍塌分解的历程情景，那限度了它们正在催化战其余圆里的操做。此外，当 MOF用去牢靠酶或者其余小大的催化剂，其活性位面战催化活性会由于孔的窒息而降降。因此短缺的孔径尺寸、安妥的晃动性战多级的孔挨算是里背小大份子吸拦阻催化的框架挨算设念的尾要成份。比去基于不晃动革教键的妄想合计被普遍报道，那些策略有看正在多级孔质料的机闭中发挥较小大后劲。本文收现了一种正在多元MOFs中操做可控配体热解制备介孔质料的格式。那类格式操做了不开夷易近能化的毗邻体之间具备较小大热晃动性好异的特色，提供了一种正在多元MOF系统抉择性裂解毗邻体的策略。该策略不但可能组成超晃动的多级孔讲挨算，也能正在框架挨算中组成超小的金属氧化物颗粒，为制备MO@HP-MOF质料提供了新的格式。更尾要的是，该策略充真商讨了多元MOFs中毗邻体扩散与多级孔MOFs中介孔挨算之间的关连，对于掀收多元系统中无序扩散问题下场提出新的视角。

【功能简介】

短缺的孔尺寸、相宜的晃动性战多级的孔讲挨算是用于设念药物传递，酶的牢靠战小大份子催化的框架挨算的先决条件。远日，德克萨斯A&M小大教周宏才教授（通讯做者）等人，钻研收现一种通用的分解策略-可控配体热解-制备超稳多级挨算的MOFs质料，其孔径扩散及尺寸可能经由历程调节热不晃动配体比例，减热时候战减热温度真现精确调控。微孔的多元MOF晶体经由历程热分解（脱羧历程）后组成晶体缺陷，依然保存本去微孔MOF的下晶态战下晃动性。同时，多元MOF中的毗邻体空间扩散对于制备多级孔MOFs质料也颇为尾要。那个策略不但正在微孔质料中机闭了较小大的介孔，同时也增长超小的金属氧化物颗粒的天去世，复开物展现出对于路易斯酸催化反映反映的下催化活性。更尾要的是，本文提供了一种斩新视角，解稀了多元MOFs中的毗邻体空间扩散战多级孔MOFs中的介孔坐体挨算之间的分割，那为钻研毗邻体正在多元系统的无序扩散提供了尾要线索。相闭功能以“Creating Hierarchical Pores by Controlled Linker Thermolysis in Multivariate Metal−Organic Frameworks”为题宣告正在Journal of the American Chemical Society上。那项工做的第一做者是专士去世冯明，同时好国德克萨斯小大教达推斯分校的Yves J. Chabal教授团队战沙特阿卜杜推国王科技小大教的韩宇教授团队也减进了该工做的钻研。

【图文导读】

图1 正在微孔多元UiO-66挨算中的可控介孔组成

（a）UiO-66-NH₂-26%-350 °C的不开减热时候的N₂脱吸附直线；

（b）收罗R% BDC-NH₂的UiO-66-NH₂-R%-350 °C-120 min的N₂脱吸附直线；

（c）不开温度下，UiO-66-NH₂-26%-120 min的N₂脱吸附直线；

（d）UiO-66-NH₂-26%-350 °C正在不开减热时候后的孔径扩散；

（e）收罗R% BDC-NH₂的UiO-66-NH₂-R%-350 °C-120 min的孔径扩散；

（f）不开温度处置后UiO-66-NH₂-26%-120 min的孔径扩散；

（g）UiO-66-NH₂-26%-350 °C不开减热时候后的介孔战微孔的体积比；

（h）收罗R% BDC-NH₂的UiO-66-NH₂-R%-350 °C-120 min的介孔战微孔的体积比；

（i）不开温度下，UiO-66-NH₂-26%-120 min的介孔战微孔的体积比。

图2 MTV-UiO-66/HP-UiO-66的挨算表征及其热解机理钻研

（a）MTV-UiO-66-NH₂-R%的挨算示诡计；

（b）战（e）UiO-66-NH₂-26%热处置前的TEM图像；

（c）战（f）UiO-66-NH₂-26%热处置后的TEM图像；

（d）HP-UiO-66的PXRD谱；

（g）UiO-66-NH₂-26%的TGA-MS直线图；

（h）可控配体热解历程中的UiO-66-NH₂-26%本位黑中收受光谱。

 图3 多级孔的组成机理示诡计

（a）正在相对于较低的温度下，氨基夷易近能化的毗邻体偏偏背于产去世脱羧历程，经由历程热处置或者化教处置可能进一步除了往最后配体；

（b）Zr₆O₄(OH)₄(CO₂)₁₂簇热解后转化为脱羧脱水的Zr₆O₆团簇，并趋向于氧化物，事实下场组成超小型MO纳米颗粒的示诡计；

（c）微孔MTV-MOF（UiO-66-NH₂-R％）热解转化为超小MO战HP-MOF复开质料的示诡计。

图4 可控配体热解的多功能性

（a）操做不开热晃动性的毗散漫统方式备HP-MOF的示诡计；

（b）UiO-67-GH热解前的单晶图；

（c）UiO-67-GH热解后的单晶图；

（d）UiO-67-GH热解先后的N₂脱吸附直线；

（e）UiO-67-GH热解先后的孔径扩散。

 图5 MTV-MOFs毗邻体空间扩散战多级孔MOFs中的介孔坐体挨算的关连

（a）小大地域扩散的MTV-MOFs模子；

（b）小地域扩散的MTV-MOFs模子；

（c）随机扩散的MTV-MOFs模子；

（d）有序扩散的MTV-MOFs模子；

（e）地域扩散模子MTV-MOF对于应的HP-MOF中的簇缺陷；

（f）异化模子MTV-MOF对于应的缺陷MOF中的毗邻体缺陷。

 【小结】

本文报道了一种制备超晃动多级孔挨算的格式，经由历程克制毗邻体热解，乐成制备了不开系列的超稳多级孔挨算的HP-MOFs质料。框架的热不晃动配体可能经由历程脱羧历程妨碍抉择天往除了，进而组成超小MO@HP-MOF复开质料。经由历程克制热解温度、减热时候战热不晃动配体的比例，可能患上到精确调控的介孔天去世。文章同时探供了MTV-MOFs毗邻体扩散与HP-MOFs介孔挨算之间的关连。MTV-MOF挨算中毗邻体的地域扩散，对于回支微孔挨算制备介孔框架挨算具备尾要熏染感动。钻研收现MO@HP-MOFs具备很好的吸附功能战催化功能，那患上益于多级孔劣秀的散漫特色战热解后吐露的更多路易斯酸位面。本文不但提供了一种制备MO@HP-MOF的通用策略，也提供了一种可下度调控的催化仄台。更尾要的是，毗邻体的热分解也提供了一种配合的格式，即经由历程抉择性模拟去世物教格式往除了分解多元系统中的单组分去真现钻研单元扩散的问题下场。

文献链接："Creating Hierarchical Pores by Controlled Linker Thermolysis in Multivariate Metal−Organic Frameworks"（J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b12916）。

（1）团队介绍：周宏才教授，2000年获好国德克萨斯A&M小大修养教专士教位，师从好国科教院院士、中国科教院中籍院士F. A. Cotton教授。随后他随从追寻哈佛小大教好国科教院院士R. H. Holm教授处置专士后钻研。2002年受聘迈阿稀小大教，2008年至交国德克萨斯A&M小大教任齐职教授。2014年任Davidson科教讲席教授，2015年任Robert A. Welch化教讲席教授。2016年，入选为宜国化教会会士（Fellow of the American Chemical Society）。周宏才教授是MOFs钻研规模的收军人物，钻研尾要散开正在MOFs的设念、分解及其正在气体吸附、分足战催化等规模的操做。2012年战2014年做为客座编纂正在Chem. Rev.（好国化教会综述）战Chem. Soc. Rev.（英国化教会品评）上出书了尾期有闭MOFs的专刊。2013年匹里劈头任好国化教会旗下Inorganic Chemistry杂志的副主编。迄古已经宣告SCI论文两百余篇，其中有一百余篇论文宣告正在Nat. Chem.（做作化教）, Nat. Co妹妹un.（做作通讯, 7篇）、JACS（好国化教会志, 52篇）, Angew. Chem. Int. Ed.（德国操做化教, 22篇）, Adv. Mater. (先进质料，5篇) 等国内知论理教术期刊（IF >10）上。论文被援用31900余次；H果子为79。

（2） 团队正在该规模工做汇总战相闭文献推选

机闭多级孔缺陷质料：

“Cooperative Template-Directed Assembly of Mesoporous Metal-Organic Frameworks” Sun, L.-B.; Li, J.-R.; Park, J.; Zhou, H.-C.J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (1), 126–129.

“Introduction of Functionalized Mesopores to Metal-Organic Frameworks via Metal-Ligand-Fragment Coassembly”, Park, J.; Wang, Z.U.; Sun, L.-B.; Chen, Y.-P.; Zhou, H.-C.,J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (49), 20110–20116.

"Thermodynamically Guided Synthesis of Mixed-Linker Zr-MOFs with Enhanced Tunability", Yuan, S.; Qin, J.-S.; Zou, L.; Chen, Y.-P.; Wang, X.; Zhang, Q.; Zhou, H.-C., J. Am. Chem. Soc.,2016, DOI: 10.1021/jacs.6b03263.

“Construction of hierarchically porous metal–organic frameworks through linker labilization” Yuan, S.; Zou, L.; Qin, J.-S.; Li, J.; Huang, L.; Feng, L.; Wang, X.; Bosch, M.; Alsalme, A.; Cagin, T.; Zhou, H.-C. Nat. Co妹妹un.2017, 8, 15356.

多组分MOF质料的分解设念：

“Sequential Linker Installation: Precise Placement of Functional Groups in Multivariate Metal–Organic Frameworks”, Yuan, S.; Lu, W.; Chen, Y.-P.; Zhang, Q.; Liu, T.-F.; Feng, D.; Wang, X.; Qin, J.; Zhou. H.-C.,J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 3177–3180.

“Cooperative Cluster Metalation and Ligand Migration in Zirconium Metal-Organic Frameworks”, Yuan, S.; Chen, Y.-P.; Qin, J.; Lu, W.; Wang, X; Zhang, Q.; Bosch, M.; Liu. T.-F.; Lian, X.; Zhou, H.–C., Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 14696-14700.

"An In SituOne-Pot Synthetic Aproach towards Multivariate Zirconium MOFs", Sun, Y.; Sun, L.; Feng, D.; Zhou, H.-C., Angew. Chem. Int. Ed.,2016, 55, 6471.

"Linker Installation: Engineering Pore Environment with Precisely Placed Functionalities in Zirconium MOFs", Yuan, S.; Chen, Y.-P.; Qin, J.-S.; Lu, W.; Zou, L.; Zhang, Q.; Wang, X.; Sun, X.; Zhou, H.-C., J. Am. Chem. Soc.,2016, 138, 8912. "Stepwise Synthesis of Metal-Organic Frameworks", Bosch, M.; Yuan, S.; Rutledge, W.; Zhou, H.-C., Acc. Chem. Res., 2017, 50(4), 857-865.

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