《ACS Catalysis》综述：MOF衍生碳基材料

　　今天要跟大家分享的是华南理工大学李映伟教授在《ACS Catalysis》上发表的一篇综述及其课题组相关工作（ACS Catal., 2016, 6, 5887–5903），题目为：Development of MOF-Derived Carbon-BasedNanomaterials for Efficient Catalysis。

　　MOF衍生碳基材料—金属/金属氧化物修饰的碳材料、掺杂碳材料在多相催化（氧化、加氢、脱氢、生物油精炼、费托合成…）、电催化（ORR、OER、HER）中有着广泛应用，本文主要讨论MOF衍生碳基材料在多相催化中的应用。

　　图1. MOF衍生碳材料在催化中的应用

　　MOF衍生碳基材料具备以下优点：（1）金属离子、有机配体的多样性、可调控性；（2）金属离子、有机配体的交替连接性有效避免热解过程中金属NP、金属氧化物的团聚；（3）MOF制备简单、制备条件温和（ZIF-67、ZIF-8、HKUST-1常温常压下便可制备）……

　　A. 金属/金属氧化物修饰的碳基材料

　　催化氧化反应：醇类氧化反应通常采用贵金属催化剂（Au、Pd、Ru）且需碱性添加剂的加入。例如，李映伟课题组采用ZIF-67【Co(MeIM)2, MeIM = 2-甲基咪唑】为前驱体，Ar气气氛下800℃热解6 h，根据金属离子还原电势小于-0.27V生成金属氧化物纳米颗粒，等于/高于-0.27 V生成金属纳米颗粒，一步合成Co NP为内核、N掺杂石墨化碳为外壳的核壳型催化剂Co@C-N，有效避免Co NP的团聚，常压室温下，高选择性催化酯化醇类（芳香醇、脂肪醇、二醇）为对应酯类。

图2. Co@C-N催化剂无碱条件下催化氧化醇类 (ACS Catal. 2015, 5, 1850?1856)

　　同样的，李映伟课题组采用MIL-45b为牺牲模板，Ar气气氛下500℃热解6h，一步合成磁性中空Fe-Co/C催化剂，选择性氧化生物质基平台化合物5-羟甲基糠醛（HMF）为2,5-呋喃二甲醛（DFF）。

　　图3. Fe-Co/C催化氧化HMF为DFF (GreenChem., 2016, 18, 3152)

　　B. 掺杂碳材料

　　与金属催化相比，碳基材料催化具备环境友好性、抗腐蚀等优点，不存在金属流失、重金属污染等问题。

　　催化氧化反应：李映伟课题组采用ZIF-67为前驱体，Ar气气氛下600℃热解10 h，一步合成Co NP为内核、N掺杂石墨化碳为外壳的核壳型催化剂Co@C-N，化学刻蚀除去Co NP，引入丰富的介孔，制备得到催化剂67-CN-600。石墨化碳（SP2杂化）中掺杂的石墨化氮（G-N）高效催化环己烷、甲苯的氧化反应及胺类的氧化偶联反应。

图4. 67-CN催化氧化环己烷、甲苯及氧化偶联胺类 (J. Mater. Chem. A, 2016, 4,5247)

　　C. MOF衍生碳基材料为载体

　　催化加氢反应：李映伟课题组采用采用ZIF-67为前驱体，Ar气气氛下600℃热解8h，合成Co NP内嵌于N掺杂石墨催化剂Co/NC，根据Co/Co2+对还原电势低于Pd2+/Pd对，通过电化学置换法，形成Co NP为内核、Pd NP为外壳的核壳Co@Pd，制备得到Co@Pd内嵌于N掺杂碳层的Co@Pd/NC催化剂，应用于硝基苯高效加氢反应.

　　图5. Co@Pd/NC催化硝基苯加氢(ACS Catal., 2015, 5 (9), 5264–5271)

　　D. COF衍生碳基材料

　　COF为近年来发展的新材料，可作为前驱体制备N掺杂中空碳球。李映伟课题组采用中空球状LZU1稳定Pd2+离子，原位限域Pd NP于N掺杂的中空碳球（NHCS），制备得到Pd@NHCS催化剂，应用于硝基苯高效加氢、肉桂醇氧化模型反应。

　　图6. Pd@NHCS催化硝基苯加氢 (Chem. Sci., 2016,7, 6015-6020)

　　备注：笔者水平有限，撰此文仅作总结之用，还望大牛不吝斧正, 更多内容请点击阅读原文获取原文献。

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