Angew. Chem. :非贵金属MOFs在CO2催化转化中的应用

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大气中二氧化碳(CO2)含量的升高已经引起了许多环境问题。如何将CO2进行有效利用,成为研究的热点。在诸多方案中,将CO2 转化为高附加值的化学品是最有效的一种方法。一方面是可以利用CO2 这一廉价易得、无毒可再生的C1资源;另一方面可以减少大气中CO2的含量。因此,构建高效的催化剂使得CO2的转化可以在绿色条件下进行成为关注的重点。非贵金属金属有机骨架材料(MOF)由于具有高度分散的活性位点、易修饰性和多孔性等特点,成为理想的CO2催化剂候选者,并已有许多优秀的研究成果相继被报道。但由于CO2的化学惰性和热力学稳定性,实现高效稳定的CO2转化仍然是一个挑战。



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基于此,南开大学赵斌教授课题组在前期研究非贵金属MOFs捕获与催化转化CO2的基础上(Angew. Chem Int. Ed. 2022, 61, e202200123、Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60 20417、Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 23394、Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 577、J. Am. Chem. Soc. 2015 137 15988−15991、J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18892−18895),系统梳理了近年来非贵金属MOFs在热催化CO2转化为各种高附加值产物中的应用,如碳酸酯类、恶唑烷酮类、羧酸类、甲酰胺类、醇类、烷烃类等产物。讨论了非贵金属MOFs催化剂用于CO2转化的优缺点,分析了不同MOFs结构对CO2反应性能的影响,总结了MOFs催化剂的表征方法以及CO2转化反应的机理,并进一步阐述了提升MOFs催化剂活性和稳定性的策略与方法,对未来可能面临的挑战和潜在的研究方向也提出了相应的观点。


本综述以CO2转化的产物类型进行归类,重点讨论了MOFs催化剂不同结构对反应活性的影响,结果表明催化剂中的路易斯酸性位点,有利于活化底物上的氧或氮原子,而路易斯碱性位点则可以促进底物官能团的脱氢,如羟基、胺基/氨基、炔基上的氢等,使得底物可以和CO2进行亲核反应。此外,向MOFs中引入亲核试剂等活性基团,也可以减少CO2转化中助催化剂的使用。

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总之,非贵金属MOFs在CO2的热催化方面显示出巨大的潜力,近年来取得了快速的进展。特别是计算化学和原位表征技术的应用,使得反应机理研究更为清晰透彻,进而有助于指导构建更高效的催化体系。非贵金属MOFs作为CO2转化的多相催化剂展现了独特的优势和广泛的应用前景,将越来越受到学术界和工业界的关注。

文信息

Thermocatalytic Conversion of CO2 to Valuable Products Activated by Noble-Metal-Free Metal-Organic Frameworks

Dr. Sheng-Li Hou, Dr. Jie Dong, Xin-Yuan Zhao, Xiang-Shuai Li, Fang-Yu Ren, Jian Zhao, Prof. Dr. Bin Zhao

第一作者为侯胜利和董洁,通讯作者为赵斌教授。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202305213




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