暨大宁国宏李丹团队超高催化活性超薄二维金属有机框架纳米片

　　近日，暨南大学化学与材料学院宁国宏教授、李丹教授团队在J。Am。Chem。Soc。（《美国化学会志》，影响因子16。383）上发表了题为UltrathinMetalOrganicFrameworkNanosheetsExhibitingExceptionalCatalyticActivity的重要研究成果并被选为封面文章（图1）。
　　二维纳米片是一类具有单层或数层原子厚度的二维纳米材料，通常表现出奇特的表面效应和与其体相材料截然不同的物理化学性质，在许多研究领域有广泛的应用。因此，如何简便快捷地合成超薄无缺陷的二维纳米片是一个备受关注的科学问题。
　　金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）是具有周期性无限延展结构的多孔晶态材料。二维MOFCOF纳米片或膜材料具有很多独特的性能，例如超高的比表面积、可用于催化、传感或客体识别的高度暴露的活性位点、高电子迁移率和电导率等。近年来，界面聚合反应作为一种强大的合成方法已被广泛用于制备高结晶性的MOFCOF纳米片或薄膜。传统上，两种活性成分（即MOF的金属离子和有机连接子或COF的两个有机连接子）分别溶解在两个不混溶的相中，室温下在界面处进行聚合反应。通常，用于MOF纳米片合成的是配位聚合反应，而用于COF纳米片的是有机缩聚反应（图2a）。然而，这种传统的界面合成方案可能不适合于在溶剂热下合成具有多个组分的MOF和COF二维纳米片。活性成分之间的竞争、不同反应的动力学的匹配、配位反应和有机缩合反应的相容性以及加热过程中的界面扰动等都会影响二维纳米片的形成。因此，开发涉及多种活性成分以及不同类型的聚合反应的二维纳米片界面合成方法仍是具有高度挑战性和有待探索的领域。
　　（图2。（a）构建MOFCOF纳米片或薄膜的常规界面合成法；（b）本研究提出的基于三种活性单体和两种聚合反应（即缩聚反应和配位聚合反应）的新型界面合成方法。）
　　宁国宏李丹团队在早期工作的基础（CCSChem。2020，2，20452053、Chem。Sci。2021，12，62806286、J。Am。Chem。Soc。2021，143，1944619453），结合MOF和COF化学，开发了一种新的界面合成方法，其包括两种类型的聚合反应，即配位聚合反应和缩聚反应，构建无缺陷、高结晶性和大面积的二维MOF薄膜（图2b）。由于其明确的层状形貌特征，该二维MOF薄膜可以简便地被剥离成自支撑的二维MOF纳米片。该纳米片具有高达2000：1的高纵横比和约1。7nm的超薄厚度，其孔结构可以通过近乎原子精度的高分辨率TEM图像观测。利用表面高度暴露的环三核铜簇活性中心，该纳米片对炔烃的硼氢化反应具有出色的催化活性和可循环性，其转化频率（TOF）达到41734h1，比文献报道的均相和异相催化剂高2到4个数量级（图3）。该研究展示了包含多个活性单体和多种反应类型的界面合成方法，这可能成为合成二维MOFCOF纳米片的通用策略。
　　（图3。（a）JNM4Ns催化苯乙炔的硼氢化反应；（b）JNM4Ns、2DJNM4和3DJNM4的转化率与反应时间的关系图。（c）JNM4Ns催化剂的可循环性。（d）JNM4Ns的TOF与文献中用于苯乙炔硼氢化反应的催化剂比较。（e）基于JNM4Ns的流动反应器示意图（上）和其对苯乙炔硼氢化反应的优异催化效果（下）。）
　　论文第一作者为暨南大学博士后危荣佳，通讯作者为化学与材料学院宁国宏和李丹教授。该论文得到了国家自然科学基金、国家自然科学基金重点项目、广东省重大基础与应用基础计划、广东省自然科学杰出青年基金、广东省青年珠江学者项目、广东省国际合作项目和暨南大学等的大力支持。
　　来源：暨南大学
　　论文链接：
　　https：pubs。acs。orgdoi10。1021jacs。1c08675