無金屬共價有機(jī)骨架材料在催化中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2020-09-01 作者：harry 分享到：
在過去的幾十年中，催化劑的不斷創(chuàng)新發(fā)展不但提高了能源利用效率和加速對新材料的開發(fā)，同時也降低了生產(chǎn)成本，促進(jìn)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。盡管均相催化劑在許多化學(xué)反應(yīng)中均表現(xiàn)出**的催化性能，但由于難以回收再利用、使用貴金屬催化劑造成的二次污染及在有機(jī)合成中不利于產(chǎn)品的分離和提純（尤其在**合成領(lǐng)域）等因素，而促使沸石、金屬有機(jī)骨架（MOFs）和有機(jī)多孔聚合物（POPs）等非均相催化劑相繼被合成與運用，受到了越來越多的關(guān)注。
共價有機(jī)骨架（Covalent Organic Frameworks，COFs）作為一類由共價鍵（B-O，C-C，C=C，C=N和C-N等）連接而成的二維或三維晶型有機(jī)多孔材料，包括高比表面積，低密度，可調(diào)且獨立的規(guī)則孔道（從微孔到中孔尺寸）等優(yōu)點，已被證明在氣體吸附，傳感，質(zhì)子傳導(dǎo)，能量存儲，**傳遞以及光電材料等領(lǐng)域存在巨大的潛在應(yīng)用前景。尤其是，合理設(shè)計得到的COFs表現(xiàn)出強(qiáng)的熱穩(wěn)定性及出色的化學(xué)穩(wěn)定性，為非均相催化提供了一個優(yōu)良的平臺。COFs材料中構(gòu)筑單元的多樣性及靈活性實現(xiàn)了催化功能的多樣性，而活性位點的均勻分布則可以實現(xiàn)對催化的**控制。這些特性**的COFs被認(rèn)為是作為多相催化劑的選擇。
新加坡南洋理工大學(xué)張其春教授和蘭州大學(xué)張浩力教授從無金屬COF材料作為催化劑的角度，綜述了這些材料的合成，介紹了該催化劑的優(yōu)點，簡述了其在有機(jī)轉(zhuǎn)化、光催化有機(jī)反應(yīng)和能量轉(zhuǎn)化（如：水分解和二氧化碳還原等）以及光催化污染物降解等領(lǐng)域中的應(yīng)用和機(jī)制，并對這一研究領(lǐng)域中存在的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景進(jìn)行了展望。總之，COFs作為非均相催化劑比均相催化劑具有以下幾個優(yōu)勢：（1）高穩(wěn)定性的COFs材料在多次循環(huán)后可以保持其原始結(jié)構(gòu)，這可以進(jìn)一步減少這類催化劑的使用量；（2）永久的孔隙率可以提高**的質(zhì)量傳輸效率，并加速它們與催化中心的接觸，表現(xiàn)出**的催化性能；（3） 結(jié)構(gòu)和納米孔的高度規(guī)整性保證活性位點均勻地分布在孔壁上，促使底物更容易到達(dá)催化位點并**地促進(jìn)反應(yīng)；（4）設(shè)計的靈活性和合成方法的多樣性進(jìn)一步增強(qiáng)了COFs作為催化劑的魅力。盡管在過去幾年中，基于COFs的多相催化領(lǐng)域已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，比如手性COF催化劑的開發(fā)，合成和應(yīng)用已被認(rèn)為是不對稱合成的新途徑；COFs作為光催化劑表現(xiàn)出出色的光吸收和載流子傳輸能力，實現(xiàn)太陽能到化學(xué)能的穩(wěn)定過渡等等。但是COFs的無金屬催化劑材料的研究仍處于初級階段，開發(fā)適用于各種催化應(yīng)用的**COFs催化劑面臨著眾多機(jī)遇和挑戰(zhàn)，尤其是其工業(yè)應(yīng)用，相信隨著對COFs材料更深入的研究，作為非均相催化劑的COFs材料會發(fā)揮越重要的作用。
相關(guān)工作在線發(fā)表在Small(DOI:10.1002/smll.202001070）上。
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