单原子催化剂材料目前展现出广泛的关注,这是因为单原子能够实现最大化的利用每个原子,并且单原子展现出独特的电子性质,近些年中MOF材料在制备单原子催化剂中显示出较好的基底作用,华南理工大学Yingwei Li、Kui Shen等对目前MOF中单原子材料进行总结(主要包括MOF基底与MOF热解生成的碳材料),随后对目前合成单原子催化剂的方法进行展望,对单原子催化反应的发展进行展望。
本文要点:
(1)单原子负载的MOF材料。对合成单原子负载MOF的方法进行总结,结果显示目前高负载量的单原子合成仍然是广泛关注点,同时对单原子催化位点配位环境 的精细调控对实现较高催化活性有关键作用。此外,通过对金属节点、有机配体结构调控能实现在MOF中构建双原子/多原子催化位点,从而可能对特定的催化反应有优势。
(2)MOF衍生结构负载单原子催化剂。MOF材料能作为负载单原子的前驱物材料,通过热解处理能在MOF中有机配位点上负载单原子,大多数情况中通过富N有机配体热解生成N掺杂碳材料,通过在N上负载金属实现了生成单原子结构催化剂。由于热解后的材料稳定性较高,能够在更多的催化反应中应用。此外,催化剂制备方法还有将金属与配体共同负载到MOF中,随后进行热解反应;限域作用制备等。
(3)通过以上方法,能够合成各种单原子催化剂。其中的缺点在于大多数通过热解的合成方法中材料的多孔性被消除,目前合成得到的单原子催化剂在多种重要催化反应中得以应用,比如CO2还原、N2还原、氧还原、制氢反应等。目前一些问题需要解决:目前大多数的合成过程中需要用ZIF基的MOF材料,开发其他种类的MOF基底同样有广泛的意义。
参考文献
Haigen Huang, Kui Shen*, Fengfeng Chen, and Yingwei Li*
Metal–Organic Frameworks as a Good Platform for the Fabrication of Single-Atom Catalysts,ACS Catal 2020,
DOI:10.1021/acscatal.0c01459
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01459