מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) הופיעו כאחד מהשיעורים העקרוניים ביותר של חומרים גבישיים ⁇ , המציעות שליטה חסרת תקדים על אדריכלות, שטח פני השטח, ופונקציונליות כימית. Composed של תצלומי מתכת או אשכולות המחוברים על ידי קישורים אורגניים, MOFs משלבים את הקשיחות של בלוטות ספורט אורגניות עם טונה של כימיה אורגנית.

תכונות סטרקטיות של MOFs כי ניתן לשיתוק

הפוטנציאל הקטליטי יוצא דופן של MOFs נובע משלושה תכונות איטרנסיביות: (FLT:0 זרז שטח פני השטח העליון FLT:1,FLT:2tunable porosityFLT 3: ו-FLT:4 יתר על כן ניתן להתאים את גודל הגמישות האופטימית של תאים חשמליים ו-freelectives (מתאים) של אזורים רבים מעל 3,000 מיקרו-מ"מטווח מהיר וספקת חומרים חשמליים.

יתרון קריטי נוסף הוא ה-FLT:0 (הסידורים המשתנים) של אתרים פעילים במסגרת.בניגוד לזרזים הומוגניים או חומרים heterogeneous עם אתרים מפוזרים באקראי, MOFs מציעים גם מוגדר היטב, מבודדים מרחבית מרכזים פעילים.בידוד זה מונע תגובות שליליות כגון דימריזציה או ניתוקציה, תוך מתן אפשרות לשיתוק משותף כאשר שני אתרים שונים יותר, אשר ממוקמים, כאשר הם קרובים, כאשר הם מתאימים לתכונות מבניות ייחודית, כאשר הם מתאימים, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, אשר הן תכונות משותפות, אשר תצורה ייחודית, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים יותר, כאשר הם מתאימים יותר, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים לתכונות מבניות, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים יותר, כאשר הם, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, אשר הן, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כלומר, כאשר הם כוללים, כאשר הם, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות, כאשר הם, כאשר הם, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות ייחודית, כאשר הם מתאימים לתכונות משותפות באופן ייחודי של תכונות

אסטרטגיות סינתטיות ל- Catalytic MOFs

שילוב ישיר של Active Metals

אחת הגישות הפשוטות ביותר ליצירת קרינת ה-MOFs היא לשלב מתכות פעילות קטליטיות ישירות לתוך מסגרת nodes. לדוגמה, החלפת Zn2+ או Cu2+ עם מתכות כגון FLT:0Pd, Ru, או FephFLT 1 יכול ליצור זרזים פעילים מאוד מבלי לדרוש שינויים פוסט-סינמיים נוספים.

Post-Synthetic Modification (PSM)

שינוי סינתטי הפך כלי רב עוצמה עבור הצגת פונקציונליות קטליטית לקישורים אורגניים או בלוטות מתכת.תנאים קלים אופייניים PSM לשמר את מסגרת גבישיות תוך מתן קישוריות קוהרנטית של קבוצות קטליטיות לקישורים אורגניים או נוודים מתכתיים.לדוגמה, ננו-תפקודי-מין של MOFs יכול להיות מומר לרצועות בסיס Schiff-בסיסיות עבור מתכת, כלומר, כגון זרזי תיבות של קישורי תיבות של קישור פעיל או גרורות מתכת.

סליחות ו- Entrapment

אסטרטגיה מוצלחת נוספת כוללת לכידת מינים פעילים - כגון ננו-חלקיקי מתכת, אנזימים או פוליוקסמאמטים - עם ה-MOF pores.המסגרת נוקשה פועלת כמארח מגן, מניעת הדבקה וניתוק. לדוגמה, חומרים חד-חמצני:0Pt nanoparticles בתוך Ui-66FLT 1 יש יציבות יוצאת דופן ואנליטית לפעילות אפילפטית עבור אנזימים של אנזימים-Fase:

יישומים קטליטיים של MOFs

תגובות הידרוגנס

(מפוס) נחקרו באופן נרחב עבור מימן של אלקנס, אלקינס, nitroarenes, ותרכובות פחמן (פחמן משטח גבוה ומרכזי מתכת נגישים להקל על הפעלת מימן יעילה, ללא ספק, FLT:0Pd@MIL-101FLTs) ו- 1 מורכב מפעילות פונקציונלית עבור המימן הסלקטיבי של ספקטרום, עם תאים חשמליים של 3.

תהליכי חמצון

(מ) הם גם זרזים יעילים לתגובות חמצון שונות, כולל חמצון אירובי של אלכוהול, epoxidation של alkenes, ו oxidative desfurization של דלקים. מתכת nodes המכילה FLT:0Co, Mn, Fe, או CuFLT:1 יכול להפעיל חמצן מולקולרי או מימן כדי לייצר מחדש מינים; לדוגמה, MILנץ') עבור פעילות גופנית של 100% של דיזל (Fidation) עם רמת דיזל (Fidation) של אלכוהול (Fidation) היה בשימוש על ידי LT2d) עם רמת דלקים).

C-C Bond Formation

(הההתקפה של אטומי פחמן היא יסודית לסנתזות אורגניות, ו-MOFs הראו הבטחה גדולה ב- Catalyzing cross-coupling Responses כגון סוזוקי, Heckage, and Sonogashira.FLT:0cadePaladium-democoncrated MOFLT2FLT 1 גם כן, עם מסגרת מניעת הדבקה במחקר, אשר הוקם על ידי CLT2Fon-Fon-Fon-Fon-Funcating, אשר מבוסס על ידי CLT2Funcoration:

צילום: Photocatalysis

התנהגות דמוית למחצה של רבים מה-MOFs הובילה לעניין בשימוש שלהם כקליטת אור photocatalysts. Upon Ortain או נוודים מתכת יכולים ליצור אלקטרונים-חור אשר מניעים תגובות Redox.FLT:0Ti-FssFssz1, כגון MIL-125(Ti) הם ידועים גם עבור אבולוציה פוטוליטית ו-CO2 אנליטית.

אלקטרו-ליטיגאלי

MOFs נחקרים יותר ויותר כאלקטרוקטליסט לתגובה של האבולוציה של החמצן (OER), תגובת אבולוציית מימן (HER), ותגובה להפחתה של CO2RR (CO2RR) התנהגותית של MOFs, כגון אלה המבוססים על Ni3(HITP)2, הראו פעילות גבוהה עבור חומרים מצופים (OER) בשל אטמוספירה גבוהה של מטען יעיל.

המונחים: environmental Remediation

(MOFs מצאו שימוש נרחב בקטאליזה סביבתית, במיוחד בשל ההשפלה של חומרים אורגניים במים ובאוויר. תגובות דמוי פנטון שטופלו על ידי Fe- המכיל MOFs יכול לייצר רדיקלים hydroxyl כדי לחמצן צבעים, תרופות, וחומרי הדברה בו זמנית (Facting) ו-Ucatpcing 2, בנוסף ל-UCTF2Fal-OCT (F) נבדקומים, כלומר, 2, 000) נבדקו-OCTL) נבדקו תחת לחץ דם מורכב מ-OCT2FDOCTDOCT2FDOCTDOCTOCTL.

אתגרים ב-MOF Catalysis

המונחים: Reaction Conditions

למרות תכונותיהם יוצאות דופן, רבים מהארגונים סובלים מיציבות מוגבלת בתנאים קטליטיים קשים, כולל טמפרטורות גבוהות, חומציות או בסיסיות, ונוכחות של אג"ח מתכת-רצועה ב-MoFs הם לעתים קרובות מבוך, המוביל להתמוטטות מסגרת או ללחות מתכת, כגון CLT2, 000, 000 , 000 , 000 ⁇ ⁇ , 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סקאביה וסינטזות

הסינתזה של MOFs בקנה מידה תעשייתי נותרה מכשול גדול.הרבה MOFs מוכנים באמצעות שיטות solvאחרמליות באמצעות מפלטים אורגניים יקרים ומבשרי מתכת, ובאופן קבוע בקנה מידה מוביל לגישה זומנת-to-batch מהירה בגמישות וגודל חלקיקים גבוה יותר.

תכונות של Active Sites

(ה) הבנתם של אתרים פעילים ב-MoFזרזים היא חיונית לתכנון רציונלי, אך נותרה מאתגרת בשל מורכבות המסגרת ונוכחותם של פגמים.טכניקות הדמיה מתקדמות כגון:0X-ray ספיגה ספקטרום (XAS) אטומים של ספקטרום ראשון, FLT:2solid-state NMRFillo 3LT 3, ו-LT4) השתמשו בטכניקות מיקרוסקופיות של מיקרו-FD (D) ו-FLT (D) ו-FLT) , כולל שימוש ב-S)

תחזית לעתיד ומגמות מתפתחות

Machine Learning and High- Throughput Screening

החלל המשולב העצום של MOFs - מיליוני מבנים אפשריים - שיחות לכלים חישוביים להאיץ את הגילוי.מודלים של Machine Learning מאומן כעת לחזות יציבות MOF, פורוזיות, ופעילות קטליטית המבוססת על תיאורי מבנים.באמצעות בדיקות חישוביות גבוהות של מסדי נתונים hypothetical MOF זיהתה מועמדים מבטיחים לאחסון מימן ו- CO2, וגישות דומות מוחלות על שיטות חישוביות אלה.

חומרים היברידיים ו- Composite

שילוב של MOFs עם חומרים פונקציונליים אחרים - כגון חלקיקים מתכת, תחמוצות, גרפן או פולימרים - יכול להניב אפקטים סינרגיסטים להתגבר על המגבלות של חלקיקים טהורים.לדוגמה, ⁇ :0MOF@graphene oxides מטבוליות מורכבות FLT:1 הראו שיפור הפרדה ב photocatalysis, בעוד FLT2: FLT2Fen-caps: 3Fuas דורש גלקטית של מערכות בקרה מגנטיות אלה דורשות תחת פיקוח מגנטית גבוהה של מגנטית של מגנטית של מערכות מגנטית.

סינגלים מ-Atom Catalysts from MOFs

אחת ההתפתחויות האחרונות המרגשות ביותר היא השימוש של MOFs מבשרי מבשרים עבור זרז יחיד-atom (SACs) על ידי pyrolyzing MOFs המכיל אתרי מתכת מבודדים משובצים במטריקס פחמן, החוקרים יכולים להשיג אטומים מתפזרים באופן אטומי על צפיפות פחמן דו-פעמיים חנקן תומך.חומרים אלה לעתים קרובות מציג ביצועים קטליטיים יוצאי דופן, עם כל אטום מתכת נגיש כמו אתר פעיל, לדוגמה, יתרון של פעילות pm-F-8, הוכח כי הוא יתרון מגנטית מעולה.

ביו-קדיגציה ו-Enzyme-MOF Composites

(הדגשה של אנזימים בתוך MOFs פתחה גבול חדש בביוקטאליזה.MOFs יכול להגן על אנזימים מפני לוחמה אורגנית, טמפרטורה גבוהה, ותקיפה פרוטואוליטית, בעוד עדיין מאפשר פיזור תת-קרקעי באמצעות הנקבוביות הגדולות, אך העבודה האחרונה הוכיחה כי FLT:0glucose oxidaseFalrover 1 ו-Flastic:2tras:

מסקנה

ההתקדמות האחרונה ב-מתכת-אורגנית מסגרת סינתזה וההנדסה קידמה את החומרים האלה לחוד החנית של שיתוק heterogeneous Catalysis.היכולת להתאים בגודל poresis, לשלב אתרים פעילים מגוונים, ולשמור על אזורי משטח גבוהים הופך את MOFs ייחודי צדדי עבור תהליכי מינוינציה, חמצון, היווצרות C-C-C-Cworld, photocatalysis, ו-Remediation סביבתית מתמשכת.

(הופנה מהדף עקרונות עיצוב MOF ויישומים קטליטיים, ראו את הביקורת המקיפה של ה-FLT:0Dincmer ועמיתיו FLT:1 או מאמר הפרספקטיבה על שיתוק תעשייתי על ידי FLT:2Farrusseng ו-עמיתים משותפים של ®FLT 3 (הראשונה על זרזים חד-אטומיים שמקורם ב-אטומים של MOFs מודגש על ידי LTF:4, 4,5, ו-FIR5, בעוד ש-FREFREFIX) ו-FIX.