日本产业技术综合研究所/扬州大学徐强教授团队专论：“准MOF”和限域金属纳米颗粒间的协同催化

金属有机骨架（MOF）是由无机金属节点和有机配体自组装而成的一类新型多孔材料。MOF具有比表面积大，化学组成多样化和表面化学基团可修饰等优点，因此在催化、环境等领域具有巨大的应用潜力。而且，MOF具有规整的晶体结构，非常适合进行原子级结构表征和计算机模拟，有利于揭示MOF结构和性能之间的关联规律。然而，MOF的高结晶度是一把“双刃剑”。在大多数MOF的晶体结构中，无机金属簇配位饱和，没有剩余位置吸附底物，因此不利于催化应用。去除MOF的有机配体可以暴露无机金属簇，然而容易造成MOF结构的坍塌。2018年，日本产业技术综合研究所（AIST）/扬州大学徐强教授团队首次提出，对MOF进行可控去配体化处理，形成了一种“准MOF”（quasi-MOF）结构，得到的金属纳米颗粒/“准MOF”复合物不仅保有多孔性，而且实现了“准MOF”的无机金属簇和客体金属颗粒之间的强相互作用（见下图）。近日，徐强教授团队在SCIENCE CHINA Chemistry杂志上发表了题为“Quasi-MOF-immobilized metal nanoparticles for synergistic catalysis”的专题论述，归纳了近年来“准MOF”的最新进展。文章主要介绍了MOF和MOF复合物的可控去配体化处理制备金属纳米颗粒/“准MOF”复合物的技术方法，“准MOF”的结构和准MOFs-金属纳米颗粒的界面相互作用的物理和化学表征技术，以及“准MOF”和金属纳米颗粒在化学反应中的协同催化机制。对于金属纳米颗粒/MOF复合物，可控去配体化处理不仅可以部分保留多孔性以促进底物的扩散，并且可以暴露MOF的无机金属簇，增强无机金属簇和客体金属纳米颗粒的相互作用以促进它们之间的协同催化。对于单金属和双金属MOF，可控去配体化处理可以得到“准MOF”封装金属或金属氧化物纳米簇复合物。在该复合物中，金属或金属氧化物纳米簇具有高的催化活性，而“准MOF”提供多孔的结构促进底物的扩散并防止金属或金属氧化物纳米簇在催化反应中发生团聚和流失现象。对MOF和MOF复合物的可控去配体化处理制备金属纳米颗粒/“准MOF”复合物，可以大幅度提高MOF基催化剂的催化性能。目前，“准MOF”的研究仍处于初期阶段，开发新型可控MOF去配体化新技术，扩展“准MOF”载体和高活性客体类型，采用原位表征技术理解从MOF到“准MOF”的转化过程，并揭示准MOFs和客体材料的协同催化机制是未来研究的重要突破口。相信随着更多研究人员的加入、以及实验与理论的更进一步发展会，“准MOF”将在许多领域有着广阔的应用。  详见：Liyu Chen, Nobuko Tsumori & Qiang Xu. Quasi-MOF-immobilized metal nanoparticles for synergistic catalysis. Sci. China Chem. 2020，doi:10.1007/s11426-020-9781-7。点击左下角“阅读原文”可免费阅读和下载全文。

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作者简介

陈立宇： 2013年、2017年于华南理工大学分别获得理学学士、物理化学博士学位。2017年8月至今，在日本产业技术综合技术研究所（AIST）-京都大学能源化学材料开放创新实验室徐强教授团队从事博士后研究。他专注于多相催化研究，特别集中在金属有机骨架（MOF）基催化剂研究。

徐强：日本工程院、欧洲科学院、印度国家科学院院士，现为日本产业技术综合研究所-京都大学能源化学材料开放创新实验室主任，兼扬州大学化学化工学院教授。2014-2019连续六年入选Thomson Reuters/Clarivate Analytics全球高被引科学家称号，2012年获Thomson Reuters前沿科学奖，2019年获洪堡奖。主要从事化学相关的纳米材料及其应用研究，在Science, Nat. Chem., Nat. Catal., Nat. Rev. Mater., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci.等杂志上发表论文400余篇，论文被引大于33000次，h-index >96 (Web of Science）。他目前任EnergyChem主编，Coord. Chem. Rev.副主编，以及Chem, Matter, Chem. Asian J. , Small Structures及Adv. Sustainable Systems等期刊编委或顾问委员。