金属-有机骨架(MOFs)是一种新兴的广泛应用的异质载体结构，可以稳定用于电化学活化和小分子转化的分子催化剂。MOFs由离散的分子构建基块(有机连接物和金属节点)组成，具有广泛的合成可调性。通过改变微观分子结构可以产生具有不同孔径和化学环境的MOFs材料，也许可以增加分子催化剂的活性位点。此外，MOFs的高孔隙率和高的内表面积可以导致非常高的活性位点密度。然而，当从均质环境移转移到非均质多孔膜时，由于将分子催化剂固定或多相化成三维载体基质，化学反应在本质上成为界面。在这种情况下，为了使系统有效地运行，电荷和底物必须以比催化反应的周转频率更快的速度运输到膜内的催化部位，这对大规模应用此类材料提出了一个重大挑战。因此，了解基于MOF的电化学反应分子催化的基本动力学至关重要。
有鉴于此，乌普萨拉大学Sascha Ott等人，通过将密切相关领域的模型应用于基于MOF的催化，定量分析了两种传输现象与催化反应速率之间的相互作用。
本文要点
1）通过简单的化学反应动力学模型来描述和定量表征运输现象对MOF中化学反应性的影响，从而得出不仅针对输运性质而且针对输运方式的特定设计标准，也适用于重要的外部参数，例如薄膜厚度。这对MOFs应用于能量相关过程的小分子电化学转换(燃料形成反应、水氧化等)具有一定的意义，也可能对最近再生的电化学有机转换和氧化还原催化产生高价值有机产品具有潜在意义。最后，总结了MOF作为高性能催化膜应用于各种可能的电化学反应的机遇和挑战。
2）金属有机骨架是稳定分子催化剂的一种极佳载体。这种策略的一个主要优势是在分子尺度上的骨架和催化剂的合成可调性。但是，目前，实现这一目标以及将这些材料最终应用于工业规模的催化过程的一个显着障碍是，由于将分子固定在有限的3D多孔结构中，输运现象如何与传统化学动力学耦合。然而，一旦通过扩散和传输进行了定量分析并使用简单且建立良好的反应扩散动力学模型（该模型由Thiele和Damköhler于1930年代首次提出），优化用于便捷扩散传输的MOF的孔结构可以产生高效的催化材料以及对MOF膜结构内部操作条件下分子催化剂的内在动力学和机理的更深入了解。
3）MOF由于其分子水平的结构单元与其宏观物理和化学性质之间的结构性质关系而特别适合于此研究。从分析中获得的动力学信息可以用来指导分子水平的设计，从而使金属有机骨架成为小分子电化学活化和转化的高性能催化剂。
总之，该工作有助于指导设计含分子催化剂的高效、高性能的催化MOF膜用于电化学能量转换。
参考文献：
Ben A Johnson et al. Transport Phenomena-Challenges and Opportunities for Molecular Catalysis in Metal-Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc., 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c02899
https://doi.org/10.1021/jacs.0c02899
