非均相催化是许多工业产品的经济有效且可持续的途径。在非均相催化体系中，催化反应发生在表面，通常涉及固相催化剂和液相反应物，它们会经历分子吸附，反应和解吸循环。反应物与表面迅速相互作用，产物迅速从催化表面脱离。异质催化效率对催化剂表面附近区域的状态特别敏感，该状态受传质的影响。研究表明，传质速率随与催化剂表面距离的增加而线性降低，最终变为零。因此，沿催化剂表面停滞的分子边界层的作用有点像绝缘层，从而阻碍了催化转化效率的提高，其中由于分子扩散的速度较慢，化学反应的消耗受到了质量传输的限制。

有鉴于此，中科院化学所王铁，浙江大学胡国庆报道了一种可以打破这种边界层的策略，以促进向催化剂表面的质量传输，其中封装在软金属有机骨架（MOF）纳米片中的Pd纳米立方（NCs）被用作加氢催化剂。

文章要点

1）研究人员使用异质外延生长构建了一系列纳米片组装框架（NAF）膜。简而言之，首先合成了尼龙66微孔膜上的Cu(OH)₂纳米链膜，然后将其转化为NAF膜，并伴随着低浓度有机配体的定向生长。通过改变Cu(OH)₂纳米链前体的量来调节NAF膜的厚度。厚度为1.0、1.6、2.9和4.0 μm的轮廓分明的NAF膜（根据长宽比，分别表示为NAF-0.5，NAF-1，NAF-2和NAF-3）。这些薄膜是由厚度约25 nm的纳米片组装而成的。电子衍射图中晶格条纹的晶面间距（（240）面为3.0Å）和（240）面的衍射斑证实了在Cu(OH)₂上MOF纳米片的异质外延生长。测试结果的统计分析表明，所有NAF膜的纳米片厚度和间距以及NAF膜表面孔径分布几乎相同。为了进行比较，通过改变有机配体的浓度来制造具有对比形态的块状MOF膜。紫外可见漫反射光谱表明，NAF膜的有效光吸收厚度比块状膜要薄得多。

2）柔性MOF载体具有可变形的功能，以增强整个Pd NC的质量传输，这对于增强催化剂性能至关重要。与数值模拟相结合，研究人员确定了由流动流体的剪切力驱动的可变形MOF，与包含不可变形MOF的对应系统相比，染料吸附和催化转化分别增加了五倍和三倍。设计MOF纳米片的长宽比时，催化效率呈现火山型趋势，长宽比为2：1时达到最大。

这项技术基于对异类催化反应的更深入的机械理解，为设计概念验证的自推进催化器提供了独特的机会。

Chuanhui Huang, et al, Deformable metal-organic framework nanosheets

for heterogeneous catalytic reactions, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c02272

https://doi.org/10.1021/jacs.0c02272