《德國應(yīng)用化學(xué)》刊登鄧鶴翔團隊最新研究成果
影響MOF催化性能的關(guān)鍵因素：活性中心之間的距離
——《德國應(yīng)用化學(xué)》刊登鄧鶴翔團隊最新研究成果
國際權(quán)威期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition, Angew）在線發(fā)表了化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院鄧鶴翔教授的最新研究成果。該工作探究了金屬有機框架MOF催化性能的關(guān)鍵因素，揭示了催化活性中心之間的距離與轉(zhuǎn)化率之間的定性和定量關(guān)系，并實現(xiàn)室溫高效光催化氮雜環(huán)化合物去氫反應(yīng)。
在化學(xué)反應(yīng)中，催化活性位點的空間分布對于催化劑整體的活性有重要影響。無機催化劑的設(shè)計合成通常會圍繞材料的形貌、顆粒的大小、孔隙率、比表面積、孔的幾何特征、活性位點的密度等方面討論其對于催化反應(yīng)活性的影響，這些影響因素都至關(guān)重要，但也較為紛繁復(fù)雜，成為催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計的壁壘。此項研究嘗試將紛繁的影響因素歸一到距離這一基本物理指標(biāo)上，研究活性位點之間的距離對催化性能的影響。研究者利用金屬有機框架（metal-organic framework，簡稱MOF）的結(jié)構(gòu)高度有序和組分結(jié)構(gòu)精確可調(diào)的特性，以基于相同活性有機配體構(gòu)筑的六種不同的MOF為對象，在涉及多步反應(yīng)的光催化體系中，系統(tǒng)的探究了活性中心在MOF晶態(tài)結(jié)構(gòu)中的微觀距離對其宏觀催化性能的影響。揭示了光催化反應(yīng)活性（turnover frequency, TOF）隨活性中心之間的距離（inter active site distance）減小而增加的規(guī)律，并建立合理的公式定量描述其具體關(guān)系。通過在某些特定的晶體結(jié)構(gòu)的位點上的制造缺位的方法，研究者進一步設(shè)計合成了一系列的Jenga MOF，發(fā)現(xiàn)了使其催化活性超越“距離—性能”線性關(guān)系的方法。這些探索和發(fā)現(xiàn)為無機催化劑的設(shè)計合成提供了更為豐富的選擇。
此外，利用卟啉基化合物的光催化性能，研究者發(fā)現(xiàn)了其具有在室溫下利用可見光催化非受體參與的有機物放氫反應(yīng)（Acceptorless Dehydrogenation）的性能，而之前的催化劑大多需要在高溫下（大于120攝氏度）才有活性；MOF作為異相催化劑催化液態(tài)有機儲氫材料（liquid organic hydrogen carrier, LOHC）的氫氣釋放，其優(yōu)點是利用可見光而不需要提供額外的熱源，有助于減少車載LOHC的供氫環(huán)節(jié)中的能量損耗，具有一定的商業(yè)價值。
論文題目為“Metal-organic frameworks for the exploitation of distance between active sites in efficient photocatalysis”。通訊作者鄧鶴翔為化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授，第一作者為2017級博士宮煊和2017級碩士舒于飛。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金，國家重點研發(fā)計劃，和武漢大學(xué)創(chuàng)新團隊項目的資助，武漢大學(xué)大型儀器共享平臺以及武漢大學(xué)測試中心的支持。課題組網(wǎng)站：http://hdeng.whu.edu.cn/。
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