在催化研究领域，发展具有高活性和选择性的异相催化剂已经成为诸多研究者广泛关注的问题。MOFs材料拥有可调节的孔形状和尺寸，具有筛选分子的功能，通过这种分子筛效应调节底物分子的运输和扩散能够提高反应的选择性。将金属纳米颗粒嵌入金属有机框架材料(MOF)形成的复合材料能够同时拥有金属纳米颗粒和MOFs的优点，促进催化作用。但是，这些金属纳米颗粒与金属有机框架材料(MOF)形成的复合材料也面临一些缺点，从而限制了其催化性能的进一步提高。金属纳米颗粒与金属有机框架材料(MOF)复合材料的合成路径会经过高温还原将金属前驱体还原成金属纳米颗粒，很难控制纳米颗粒的尺寸分布和均一性。这种结构上的不均一性是阻碍反应选择性提高的关键难题，这是因为底物吸附在不同的结构表面可能会导致不同的反应路径，进而导致副产物生成。催化反应主要发生在金属纳米颗粒的表面，但是颗粒内部的原子并未参与催化反应。因此，金属纳米颗粒面临着较低的原子利用率，并且暴露的活性位点数量也显著下降。
原子级分散的金属催化剂集合了均相催化剂活性位点均一和容易识别的优势，是沟通均相催化作用和异相催化作用的桥梁。原子级分散的金属催化剂已经在多种类型的反应中展现出优异的性能。精确的活性位点与底物之间存在电子相互作用，进而有助于提高反应的活性。此外，原子级分散的金属催化剂具有均一的结构和配位环境，也便于准确地识别和表征其金属活性位点，同时有利于从原子层次研究及理解结构和性能之间的构效关系。因此，构筑原子级分散均一的金属物种与MOFs的复合材料是非常值得期待的，由此能够结合原子位点和MOFs材料的优点，协同地提高催化性能。
最近，清华大学化学系的王定胜和李亚栋研究团队发展了分子笼限域-还原的方法成功构筑了原子级分散的单原子Ru1和Ru3团簇与MOFs的复合催化剂，并发现该类复合催化剂材料对苯乙炔的加氢具有优异的催化活性，而对二苯乙炔几乎没有活性，说明其对端炔选择性加氢而内炔几乎没有催化转化，该体系同时实现了金属物种的选择性可控合成、底物的选择性筛分和产物的选择性加氢。同时，他们还借助于DFT计算从分子层次进一步理解了不同原子数的单原子Ru1和Ru3团簇物种对炔烃加氢性能差异的原因。这项工作为设计和优化金属位点及金属有机框架复合材料提供了有效的途径。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。
图1. 原子级分散Ru@MOF复合催化剂的合成示意图
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Atomically Dispersed Ruthenium Species Inside Metal–Organic Frameworks: Combining the High Activity of Atomic Sites and the Molecular Sieving Effect of MOFs
Shufang Ji, Yuanjun Chen, Shu Zhao, Wenxing Chen, Lijun Shi, Yu Wang, Juncai Dong, Zhi Li, Fuwei Li, Chen Chen, Qing Peng, Jun Li, Dingsheng Wang, Yadong Li
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201814182
导师介绍
王定胜
https://www.x-mol.com/university/faculty/12030
李亚栋
https://www.x-mol.com/university/faculty/12007
本文版权属于X-MOL（x-mol.com），未经许可谢绝转载！欢迎读者朋友们分享到朋友圈or微博！
长按下图识别图中二维码，轻松关注我们！
点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊
