金屬有機骨架(MOFs)是一類具有高表面積、孔結構可調、結構多樣等特點的**結晶多孔材料。在MOFs的眾多應用中，其作為多相催化劑的載體受到了人們的廣泛關注。然而，用于催化反應的MOFs組分要么是不飽和金屬，要么來自有機連接物上的活性位點，催化效果并不是特別。因此，將多種催化元素整合到MOFs中協同工作被認為是提高其催化性能的一個強有力的策略。其中將MOFs的金屬節點進行修飾是一種整合催化元素的策略。將具有催化活性的物質包封在MOFs的孔隙中，可以大大增加催化材料設計的多樣性。任何與框架結構不相容的催化組分原則上都可以以這種方式固定，其中被包裹的活性物質具有可移動的優勢，從而多個催化組分之間實現潛在催化合作。

離子液體(ILs)是一種具有熔點低、蒸汽壓力可忽略、熱穩定性等特性有機鹽。其提供了豐富的路易斯酸位點和鹵化物陰離子，顯示出對CO₂催化轉化體系的催化性能。但是由于均相反應體系中ILs呈現液態，使其分離過程**困難，實際應用受到限制。因此，來自天津工業大學化學與化工學院分離膜與膜工藝國家實驗室的黃宏亮等人提出使用ILs對MOFs進行修飾構建多功能催化材料。研究人員選擇ZIF-8作為MOF原型材料，以1-甲基-3-丙基咪唑溴鹽(MPImBr)為**的咪唑離子液體，所制得的IL@ZIF-8(Zn/Co)催化劑可在環境壓力下催化CO₂與環氧化合物進行環加成反應（圖1），其催化性能明顯優于催化劑的單獨組分。

起初作者對上述材料進行了合成以及表征。作者在初始的條件下選擇了無溶劑化學合成方法合成ZIF-8(Zn)，為了將其它催化組分引入到ZIF-8(Zn)中，在ZIF-8(Zn)構建過程中加入不同量的Co鹽或離子液體，得到的材料分別命名為ZIF-8(Zn/Co)、IL@ZIF-8(Zn)和IL@ZIF-8(Zn/Co)，作者為了檢驗所得樣品的結晶度，進行了粉末X射線衍射分析(PXRD)，實驗峰與計算得到的ZIF-8峰吻合良好(圖2a)，確認了它們的相純度。在77 K時測定其氮氣吸附等溫線來評價所得催化劑的孔隙率，結果表明，各種催化組分的引入不會引起ZIF-8框架結構的改變。TEM圖像(圖2c)顯示，ZIF-8(Zn/Co)與ZIF-8(鋅)有一致的晶粒大小和形態。

為了驗證各種催化組分的成功結合，作者通過高角度環形暗電極掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)和相應的能量色散X射線(EDX)元素映射進行表征（圖3），結果顯示各種催化組分在MOF中均勻分布。

通過XPS分析（圖4）表明各種催化組分與MOF存在相互作用。比較了ZIF-8(Zn)和IL@ZIF-8(Zn/Co)樣品對H₂O和CO₂的吸附。吸附曲線表明IL@ZIF-8(鋅/ Co)的水以及二氧化碳吸收能力較強，這種特性對二氧化碳的吸收非常有益。

接著，作者比較了它們在環境壓力下對二氧化碳與環氧化合物環加成反應的催化活性（圖5）。純ZIF-8(Zn)與環氧氯丙烷進行CO₂環加成反應收率中等。與之相比，ZIF-8(Zn/Co)和IL@ZIF-8(Zn)的催化性能有明顯提高。這些結果表明，引入鈷離子或離子液體分子有利于提高MOFs的催化性能。

性Zn(OH)₂作為鋅源，方便地控制ILs催化活性物質在ZIF-8形成過程中的摻雜得到的催化復合物。對于ILs的應用發展而言是具有一定的促進意義。

原文鏈接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/TA/C9TA10409G

原文作者：

Yuxiu Sun, Xuemeng Jia, Hongliang Huang, Xiangyu Guo, Zhihua Qiao and Chongli Zhong

DOI: 10.1039/c9ta10409g

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