关卜源/Yusuke Yamauchi JACS：“硬”乳液诱导界面超组装：2D分级多孔MOF

研究内容

具有可定制的中孔/大孔的二维（2D）分级多孔金属有机框架（MOF）纳米结构在增强传质动力学、增加可访问的活性位点，从而提高多相催化性能方面具有很大的前景。然而，实现具有可控分级孔隙率和厚度的2D独立MOF纳米片的一般合成仍然是一项具有挑战性的任务。

吉林大学关卜源/昆士兰大学Yusuke Yamauchi提出了一种“硬”乳液诱导界面超组装策略，制备具有高度可接近的孔道、可调的中孔/大孔尺寸和可调厚度的2D分级多孔UiO-66-NH2纳米片。得益于快速的传质和高度可接近的Lewis酸性位点，所得的2D分级多孔UiO-66-NH2纳米片在缩水甘油基-2甲基苯基醚的CO2环加成上提供了约96%的惊人催化产率，远远超过使用传统UiO-66-NH2微孔晶体实现的约29%的产率。相关工作以““Hard” Emulsion-Induced Interface Super-Assembly: A General Strategy for Two-Dimensional Hierarchically Porous Metal−Organic Framework Nanoarchitectures”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

研究要点

要点1.作者展示了一种 “硬”乳液诱导界面超组装策略，制备2D独立的UiO-66-NH2分级多孔纳米片（2D UiO-66-NH3 HPNSs）。这策略取决于2D片状F127/正十八醇“硬”乳液模板的设计和构建，当温度降至水包油乳液中的熔点/冰点以下时，正十八醇从熔融态液滴转变为层状分子晶体的相变过程促进了这一过程。此外，介孔MOF纳米晶体在“硬”乳液模板上的离散非均相成核以及随着时间的推移以松散堆积的方式进行的超组装，是形成2D分级多孔UiO-66-NH2纳米结构的另一个关键因素。

要点2.这种2D MOF纳米结构具有由F127定向自组装产生的尺寸可控的均匀小中孔以及源自由于中孔MOF纳米晶体的松散堆积而形成的颗粒间空间的大中孔和/或大孔。此外，可以通过调节添加到反应体系中的有机配体的量来容易地调节它们的平均厚度。通过改变金属氧簇或有机配体，该策略可以扩展到制备其他2D分级多孔MOF纳米片。

要点3.高度开放的分级多孔通道和薄的厚度有效地加速了传质，并暴露出更容易接近的活性位点，有利于提高CO2环加成反应中的催化性能。2D UiO-66-NH2 HPNSs在缩水甘油基-2甲基苯基醚的CO2环加成上提供了约96%的惊人催化产率，远远超过使用传统UiO-66-NH2微孔晶体实现的约29%的产率。

这种新颖的“硬”乳液诱导界面超组装策略为系统设计和构建具有独特物理化学性质的分级MOFs的单分散复杂二维纳米结构铺平了一条通用的途径，这些结构有望在未来的不同应用场景中表现出非凡的性能。

研究图文

图1. 二维UiO-66-NH2 HPNSs的形态和结构特征。

图2. 二维UiO-66-NH2 HPNSs的形成机制。

图3. 2D UiO-66-NH2 HPNSs中孔径的调节。

图4.“硬”乳液诱导界面超组装策略概述。

图5. 2D UiO-66-NH2 HPNSs在CO2环加成反应中的催化性能。

文献详情

“Hard” Emulsion-Induced Interface Super-Assembly: A General Strategy for Two-Dimensional Hierarchically Porous Metal−Organic Framework Nanoarchitectures

Ji Han, Haidong Xu, Bin Zhao, Ruigang Sun, Guangrui Chen, Tianyu Wu, Guiyuan Zhong, Yanjing Gao, Song Lin Zhang, Yusuke Yamauchi,* Buyuan Guan*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c02321