MOFs纳米材料在非均相有机催化领域的研究进展
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当今,环境污染和能源匮乏是全世界共同关心的问题,研发绿色、经济、高效、稳定的催化剂并将其用于环境和能源相关领域,如有机催化、电催化、光催化等领域,是解决该问题的重要途径之一。金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料是近年来新兴发展起来的,利用含氮、氧等多齿有机配体与金属离子自组装形成具有周期性网状结构的类沸石材料。该类材料由于具有较大的比表面积、高孔隙率、有序和可调的孔结构、低晶体密度以及易功能化等优良特征,因而已成为各个领域关注的焦点。
目前,MOFs已经被广泛应用于多种领域,如:催化、电化学、光学、气体分离和储存、药物输送等方面。其中催化领域是MOFs-基材料应用最早和发展最快的领域之一。与传统催化材料相比,MOFs-基催化材料能有效增强催化剂的传质性能,提高底物和活性位点之间的反应速率,并能根据底物分子大小进行尺寸选择性反应等。这些优点使MOFs-基催化材料在非均相有机催化领域得以广泛应用。
MOFs自身结构和性质以及催化材料的制备方法都对催化剂性能有着极大的影响。有针对性地精心设计MOFs结构和组成以及采用不同催化剂制备方法,所获得的MOFs-基纳米催化材料的活性位分布、比表面大小、材料形貌及孔结构等方面都存在着较大差异,从而使其表现出不同表观性能和催化活性。因此,设计选用合适的MOFs和合适的催化剂制备方法,开发出结构和形貌可控的MOFs-基纳米催化材料对其催化性能提高具有重要意义。
本文综述了MOFs材料在非均相催化领域的相关应用及发展前景。文章层次方面,主要概述了MOFs在非均相有机催化领域中三类重要应用角色:(i)作为活性位点载体;(ii)作为独立催化剂;(iii)作为制备碳基催化剂牺牲模板;以及MOFs在光催化和电催化方面应用前景。文章内容方面,首先从MOFs-基催化剂制备方法入手,探讨了MOFs的化学组成和结构性质以及催化剂制备方法对催化剂表观性能、产物选择性和催化活性的影响;其次,简要概述了MOFs-基催化剂在光催化和电催化方面的相对优势和主要应用内容;最后讨论了MOFs-基纳米催化材料在未来科学研究中需要克服的一些问题。期望该综述文章能够有助于对MOFs感兴趣的读者更好地理解MOFs-基材料在催化领域中的应用前景和所面临的挑战,并且能为未来新型多功能MOFs-基纳米催化剂的发展提供新的研究思路。
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