Сопыева О., Рахманов М.
СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ КАРКАСНЫХ СТРУКТУР (MOF) В КАТАЛИЗЕ *
Аннотация:
металлоорганические каркасные структуры (Metal-Organic Frameworks, MOFs) представляют собой класс пористых материалов, состоящих из металлических ионов или кластеров, соединенных органическими лигандами. Эти материалы привлекают значительное внимание благодаря своей высокой пористости, большим площадям поверхности и возможности тонкой настройки структуры. В последние годы MOFs нашли широкое применение в катализе, где они используются для ускорения различных химических реакций.
Ключевые слова:
синтез, применение, металлоорганические каркасные структуры, катализ, пористость, гетерогенный катализ, фотокатализ
Металлоорганические каркасы (МОФ) возникли как замечательный класс материалов, привлекающий значительное внимание в области катализа благодаря своим уникальным свойствам. Эти гибридные органо-неорганические структуры характеризуются пористым каркасом, состоящим из ионов или кластеров металлов, координированных с органическими лигандами. Синтез и применение МОФ в катализе открыли новые возможности для разработки высокоэффективных и селективных каталитических процессов.Синтез MOF включает самосборку ионов металлов и органических линкеров в контролируемых условиях. Этот процесс обычно происходит в сольвотермальной или гидротермальной среде, где компоненты растворяются в растворителе и нагреваются для облегчения кристаллизации. Выбор ионов металлов и органических лигандов играет решающую роль в определении свойств получаемого MOF. Переходные металлы, такие как цинк, медь, железо и цирконий, обычно используются из-за их благоприятной координационной химии. Органические лиганды обычно представляют собой политопные молекулы, содержащие функциональные группы, такие как карбоксилаты, сульфонаты или фосфонаты, которые могут эффективно координироваться с ионами металлов с образованием стабильных каркасов.Универсальность MOF объясняется огромным количеством возможных комбинаций ионов металлов и органических лигандов, что позволяет создавать материалы с индивидуальными свойствами. Варьируя природу компонентов и условия синтеза, можно получать МОКС с разными размерами пор, формой и функциональными группами. Эта возможность настройки особенно выгодна для каталитических применений, поскольку позволяет создавать катализаторы с определенной площадью поверхности, объемом пор и активными центрами.Одним из ключевых преимуществ MOF в катализе является их высокая площадь поверхности, которая обеспечивает многочисленные активные центры для каталитических реакций. Пористая природа MOF позволяет диффундировать реагентам и продуктам через каркас, способствуя эффективному катализу. Более того, способность включать различные функциональные группы в структуру MOF может усиливать каталитическую активность за счет создания дополнительных реакционноспособных центров или изменения электронного окружения активных центров.MOFs используются в широком спектре каталитических процессов, включая адсорбцию, разделение и химические превращения газов. При адсорбции и разделении газов MOF показали исключительные результаты благодаря своей большой площади поверхности и регулируемому размеру пор. Например, MOF использовались для избирательного улавливания и хранения таких газов, как углекислый газ, метан и водород. Эта возможность представляет большой интерес для приложений по хранению, очистке и восстановлению окружающей среды.При химических превращениях МОФ продемонстрировали замечательную каталитическую активность в различных реакциях, включая реакции окисления, восстановления и сочетания. Например, MOF, содержащие металлоцентры, такие как палладий, рутений и железо, использовались в качестве катализаторов окисления спиртов до альдегидов и кетонов. Большая площадь поверхности и пористость MOF облегчают адсорбцию и активацию реагентов, что приводит к повышению скорости реакции и селективности.Кроме того, MOF использовались в качестве катализаторов при гидрировании ненасыщенных соединений. Включение переходных металлов, таких как никель и кобальт, в структуру MOF обеспечивает активные центры для адсорбции и активации водорода, обеспечивая эффективные реакции гидрирования. Возможность настраивать свойства MOF путем модификации металлоцентров и органических лигандов позволяет оптимизировать каталитические характеристики.Одним из новых применений MOF в катализе является фотокатализ. МОФ с фотоактивными металлическими центрами или лигандами способны поглощать свет и генерировать возбужденные состояния, которые могут участвовать в фотохимических реакциях. Например, МОК, содержащие титан или цирконий, использовались в качестве фотокатализаторов разложения органических загрязнителей под действием видимого света. Большая площадь поверхности и пористость MOF усиливают поглощение света и облегчают диффузию реагентов к активным центрам, что приводит к эффективной фотокаталитической активности.Несмотря на многочисленные преимущества МОФ в катализе, существуют и проблемы, которые необходимо решить. Одной из основных проблем является стабильность МОФ в каталитических условиях. Многие MOF чувствительны к влаге, теплу и химической среде, что может привести к деградации каркаса и потере каталитической активности. Поэтому разработка стабильных MOF с надежной структурой является активной областью исследований. Для повышения стабильности этих материалов были изучены такие стратегии, как включение более стабильных металлических центров, использование жестких лигандов и постсинтетическая модификация MOF.
Номер журнала Вестник науки №5 (74) том 3
Ссылка для цитирования:
Сопыева О., Рахманов М. СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ КАРКАСНЫХ СТРУКТУР (MOF) В КАТАЛИЗЕ // Вестник науки №5 (74) том 3. С. 1389 - 1393. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/14727 (дата обращения: 27.03.2025 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+