金屬有機(jī)框架材料MOF(Ni)-74催化劑簡介

MOF(Ni)-74是一種以鎳離子（Ni??）為金屬節(jié)點(diǎn)、2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸（DOBDC）為有機(jī)配體構(gòu)建而成的金屬有機(jī)框架材料（Metal–Organic Frameworks，簡稱MOFs）。該材料屬于MOF-74系列中的一員，也被稱為CPO-27-Ni，具有規(guī)則的管狀孔道結(jié)構(gòu)和高比表面積，特別適用于氣體吸附、催化反應(yīng)和電化學(xué)應(yīng)用等多功能催化領(lǐng)域。

一、結(jié)構(gòu)與基本特性

MOF(Ni)-74的骨架結(jié)構(gòu)由Ni??與DOBDC構(gòu)成六配位節(jié)點(diǎn)，延展成一維的六方通道結(jié)構(gòu)，其孔徑約為11 ?，比表面積可達(dá)1200~1500 m?/g。由于DOBDC上的羥基與羧酸基既能提供良好的配位能力，又可調(diào)控骨架的電荷分布，使MOF(Ni)-74具有高度有序性與化學(xué)穩(wěn)定性。

主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

多孔性強(qiáng)，具有開放式金屬位點(diǎn)；

結(jié)晶性好，具備較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性（通常可耐300°C以上）；

在弱酸或中性水溶液中表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性；

可負(fù)載或錨定其他催化分子（如金屬、酶、納米粒）進(jìn)一步功能化。

二、催化性能與應(yīng)用

MOF(Ni)-74因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在多種催化反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的催化活性和選擇性，尤其是在以下幾個(gè)方面具有代表性：

1. 有機(jī)小分子催化反應(yīng)

開放的Ni??配位位點(diǎn)可作為Lewis酸中心，催化C–C鍵形成、酯化反應(yīng)、醇氧化反應(yīng)等。例如：

羧酸與醇的酯化反應(yīng)；

烯烴環(huán)氧化、醛還原等反應(yīng)；

催化二氧化碳環(huán)化合成碳酸酯。

2. 電催化和光催化反應(yīng)

MOF(Ni)-74具有良好的電導(dǎo)率調(diào)控潛力，可在其框架中摻雜導(dǎo)電助劑（如碳材料、MXene、石墨烯等）后用于：

氧還原反應(yīng)（ORR）與析氫反應(yīng)（HER）；

光催化產(chǎn)氫或光降解有機(jī)污染物；

可作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器或鋰電池。

3. 二氧化碳吸附與催化轉(zhuǎn)化

Ni-MOF-74具有高CO?親和性，開放金屬位點(diǎn)能增強(qiáng)對(duì)CO?的化學(xué)吸附能力，常被用于：

CO?捕集材料；

CO?催化還原為CO、甲醇等；

CO?插層反應(yīng)中間體的儲(chǔ)存載體。

三、制備方法與調(diào)控

MOF(Ni)-74的制備主要采用溶劑熱合成法：

將Ni(NO?)?·6H?O與DOBDC在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、乙醇和水的混合溶劑中加熱反應(yīng)（120–150°C，數(shù)小時(shí)）；

反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)洗滌、干燥和活化處理，得到晶型良好的MOF(Ni)-74；

為提高其導(dǎo)電性、機(jī)械穩(wěn)定性，常與導(dǎo)電材料（如碳黑、碳納米管）復(fù)合或進(jìn)行表面修飾。

此外，可通過調(diào)控合成條件（如溶劑配比、反應(yīng)溫度、前驅(qū)體濃度）實(shí)現(xiàn)粒徑控制、孔道結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和功能化修飾，從而滿足不同催化應(yīng)用的需求。

四、總結(jié)與前景

MOF(Ni)-74是一種具有高孔隙率、可調(diào)結(jié)構(gòu)、可修飾性的功能性金屬有機(jī)框架材料，已在異相催化、有機(jī)反應(yīng)、電催化、環(huán)境治理等領(lǐng)域展示出良好的應(yīng)用前景。未來的發(fā)展方向包括：

多功能雜化催化劑的構(gòu)建（如負(fù)載單原子催化劑、金屬團(tuán)簇）；

探索其在新能源轉(zhuǎn)化（如CO?電還原、N?還原、OER）中的催化機(jī)制；

開發(fā)綠色、可規(guī)�；�的合成工藝，推動(dòng)其工業(yè)化應(yīng)用。

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用途：科研

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