开发使用FT-IR光谱法进行催化的金属有机框架（MOF）

金属有机框架具有复杂的调节重复晶体结构。图片来源：Fractal-an/shutterstock.com

由于它们用于创建“设计师”催化剂，因此金属有机框架（MOF）正成为合成化学中越来越重要的工具。

这些催化剂可以根据规范设计和开发，这意味着可以调整催化位点以有利于特定的催化反应和底物。必须了解MOF的结构，以便更好地了解这种工作机制，这一点至关重要。

MOF是包含金属离子或簇同步的有机配体以形成多维晶体结构的复合物。MOF通常被描述为沸石的合成等效物。沸石是自然存在的微孔铝硅酸盐晶体，用于催化。沸石和MOF都高度多孔，并且孔隙率通常超过总晶体体积的50％。

与沸石不同，可以设计MOF的结构。可以使用构建块技术连接有机配体（作为脚手架）和中央金属离子（作为关节起作用），以实现MOF的合成。鉴于MOF易于定制的质量，已经合成和分析了20,000多种不同的MOF。

鉴于它们的高可自定义性和孔隙率，MOF在各种应用中已变得可用，例如捕获二氧化碳，甲烷和氢的储存作为燃料以及催化。

微孔材料作为催化剂亚博网站下载

催化剂必须具有高度确定的结构，并且必须具有特定几何形状和大小的反应性位点才能有效。要催化的分子与反应性位点特异性结合，在该位点可以在能量水平较低的情况下经历比其他可能的反应。

MOF由于许多原因，包括：

• 可以使用各种配体和金属来创建MOF，每个配体都有自己的化学成分。这允许MOFS活动站点被设计为具有调整属性的规范。
• 由于MOF的高孔隙率和表面积，反应速率进一步提高
• MOF可以暴露于高温，酸性环境和其他恶劣条件下，因为它们的稳定性很高
• MOF参与异质催化。它们可以轻松提取以回收以下反应，因为它们是固体组件。

MOF可以用作催化剂在常规的硬反应中，因为选择性是一个问题，因为它们具有“可调性”的性质。例如，由于活性位点的特定几何形状，MOF催化剂可以有效地处理手性合成的不对称配体。

由于对孔径的控制控制，催化选择性是可能的，即，某些反应物不会反应，因为它们太大而无法适合毛孔，而较小的底物可以进行催化，因为它们可以进入孔。

MOF孔的大小可以确定底物是否会进行催化。图片来源：Igor Petrushenko/Shutterstock.com

设计新型MOF进行催化

有机化学家梦想着长时间设计非常特定的催化剂。早些时候，催化剂的发展主要基于偶然性和知情试验和错误研究。

MOF属于催化剂设计的新时代，在该时代，特定的催化剂可以用与设计器酶类似的方式设计为规格。

溶不能进行的过程通常用于合成MOF，以创建具有特征性脚手架结构的晶体。然后使用特定的配体来使支架的金属结合位点功能化。

为了激活结合位点或保持其打开以允许其与底物结合，该过程采用协调溶剂，例如二乙基甲酰胺（DEF）或二甲基甲酰胺（DMF）。

MOF合成的一个例子。当配体在锌阳离子周围形成脚手架时，多氧催化剂将反应物固定在适当的位置。图片来源：Qiuxia Han/Nature Comms

使用FTIR的案例研究

在MOF催化剂的设计过程中，底物和催化位点之间的结构活性关系高度强调。结构活性关系解释了活性位点的结构如何直接与其对特定底物的催化能力直接相关。

为了确定这种关系，必须观察和评估催化剂 - 基底键的存在。FT-IR光谱法是实现此目标的最佳技术之一。

在最近的一项研究中，创建了一个由BrønstedAcid衍生的MOF作为环载糖的异质催化剂。使用后合成修饰将芳族磺酮基与尘埃剂结合。

FTIR用于表征MIL-101-NH-RSO₃H MOF催化剂。该催化剂可用于替代的2-乙烯基取代苯酚的环加成，也使用FTIR观察到。

扩散反射率红外傅立叶变换光谱（漂移）

专业技术，例如扩散反射率红外傅立叶变换光谱（漂移）在粉末状固体（如MOF）的FT-IR实验中非常有益。

该方法漂移使用粉末状样品，几乎没有准备。样品的红外光谱是通过从样品的粗糙表面进行弥散反射从散装粉中收集的。在进行处理和检测之前，红外辐射反映在所有方向上，并使用椭圆镜收集。

在研究用于催化Co的铜纳米颗粒的研究中，采用漂移来观察催化剂表面上的铜种类的降低。yabo214₂氢化。该研究还显示了在延长的反应周期中形成的甲烷，并在低至70°C的温度下形成了羰基键。

用于MOF分析的红外配件

鉴于几乎没有“实时”中键形成的样品制备和监测，FT-IR是检查MOF催化剂的理想技术。

有几种进行采样的方法：用于晶体和纯粉末样品的漂移，用于异质液体样品的总反射（ATR），以及用于高分辨率测量的压缩KBR样品颗粒。

ATR和漂移是首选技术，因为需要零样品制备，因此可以快速执行测量。

Specac的Minidiff Plus漂移配件和金门ATR

Specac是红外专家，提供了金门ATR附件范围它采用单个反射整体钻石。使用金门ATR，可以在反应室中进行采样，并加热原位催化实验或在环境温度下。

完整的范围抽样漂移配件实验由Specac提供，包括用于原位实验的反应细胞，该反应能够在反应过程中监测催化剂表面并探测催化剂的结构活性关系。

参考和进一步阅读

1. Hiroyasu Furukawa，Kyle E. Cordova，Michael O’Keeffe，Omar M. Yaghi，《金属有机框架的化学和应用》，科学，2013年8月30日：亚博老虎机网登录341，第6149期
2. Adeel H. Chughtai，Nazir Ahmad，Hussein A. Younus，A。Laypkovc和Francis Verpoort，金属 - 有机框架：多功能异质催化剂，用于有效的催化有机转化，化学。Soc。Rev.，2015，44，6804-6849
3. 米奇·雅各比（Mitch J亚博网站下载acoby），材料化学：金属有机框架进行商业，化学和工程新闻，第91卷，第51期，第34-35页，2013年12月23日
4. Carl K. Brozek，Vladimir K. Michaelis，Ta-chung Ong，Luca Bellarosa，Nuria LolóPez，Robert G. G. G. G. G. G. G. G.和Mircea Dinca，Mof-5中的动态DMF结合，使得稳定的钴固定型Mof-‑的形成5个类似物，ACS Cent。科学。2015，1，252-260
5. Chao Qi，Daniele Ramella，Allison M. Wensley，Yi Luan，一种金属有机框架BrønstedAcid催化剂：合成，表征和应用于[4+2]环载剂的生成[4+2] Cycloaditions，第358卷，8月18日，第16期，第16期，第16期，第16期，第16期，2016年，第2604–2611页
6. Marco Bersani和Kalyani GUPTA等
7. EXAFS，XRD，漂移和DFT研究基于纳米铜的催化剂用于CO2氢化，ACS Catal。，2016，6（9），PP 5823-5833

此信息已从Specac提供的材料中采购，审查和调整。亚博网站下载

有关此消息来源的更多信息，请访问规格。