在线学术报告 宗家洸:Engineering the interfaces between encapsulted catalysts and metal organic frameworks

发布者:袁敏敏发布时间:2020-08-06

729日,我们有幸邀请到了来自波士顿学院化学系的Prof. Chia-Kuang Frank Tsung(宗家洸教授)依托“腾讯视频”在线做了题为《Engineering the interfaces between encapsulted catalysts and metal organic frameworks的学术报告。教授从异相催化在工业生产中的重要作用出发,对组内研究成果及进展进行了详细的介绍,深入介绍了一系列通过调控界面控制催化过程的新思路、新方法。

首先,MOF的概念及通过改变配体调控肉桂醛选择性加氢制备肉桂醇过程的研究引出宗家洸教授提出基于界面的相互作用,MOF可通过约束分子结合的取向或能量传递调控MOF-NP界面,从而改变特定反应的选择性。进一步,基于与传统MOF-NP界面的构建方式的比较,宗家洸教授提出了一种更好的方法,即采用结合更弱的封端剂,MOF在后续过程中更易替代封端剂与纳米粒子结合,在获得更直接的接触界面的同时可实现对进一步控制;经一系列表征,成功验证了该方法下实现的one nanoparticle in one MOF”的理想结构。相应地,宗家洸教授课题组还发展了一套利用CO作为探针研究金属表面结合模式的方法;相应地借助CO探针与金属表面不同的结合方式验证了其MOF-NP界面研究中MOF对封端剂的取代作用及MOF-NP界面处的具体生长结合行为。除此之外,在研究过程中通过对比还发现,无封端剂的界面性质均一,“one nanoparticle in one MOF”的结构下MOF体系取向高度一致,特征晶面信号显著增强,更有利于对界面进行调控。宗家洸教授随后结合肉桂醛选择性加氢制备肉桂醇及其与南洋理工大学Prof.Ling 合作的有关CO2还原界面调控的两个研究实例做了进一步的说明。



接着,宗家洸教授主要介绍了MOF封装分子催化剂的相关研究。受先前改变MOF结构连接体相关研究的启发,宗家洸教授提出在质子溶剂中通过加热实现MOF连接体移除和重组的动态过程的设想,由于结合分子比MOF结构的“窗户”大而比孔小,可使分子催化剂进入MOF结构内,并实现封装;由于这一过程的特殊性质,为避免这一动态过程影响催化进程,后续催化反应可转移至非质子溶剂中进行,从而在发挥这一封装结构优势的同时确保催化进程中该体系的稳定性。基于此,通过对溶剂类型等反应条件进行控制,该方法下结合的分子催化剂不易从MOF中脱离,可实现良好的催化选择性和反应可重复性,同时可能够服传统方式中由于分子间相互作用导致催化活性下降的弊端。


最后,宗家洸教授对生物催化剂、酶类固定于MOF中的相关研究进行了简要介绍。利用MOF固定化生物催化剂除改善催化过程稳定性、循环反应性等性质外,还能赋予这一催化体系功能。如利用从头固定的方法,在温和条件下MOF可在酶表面生长,该过程不像传统方式受MOF孔径及结构的限制,显著地扩大了MOF的可选择范围,也使生物催化剂的活性及结构得到了保护;同时,通过构建含孔洞的MOF结构可进一步兼顾生物催化剂的反应活性、选择性及结构的稳定性。宗家洸教授进一步结合DNA酶等相关应用做了简略的介绍。



报告结束之后,参会老师及同学们就MOF孔径尺寸与结合分子或酶的尺寸大小关系对催化性能的影响、该体系能否兼顾活性和选择、MOF封装分子催化剂动态过程中MOF结构稳定性及利用CO探针反馈金属表面质量的应用可能性等与宗家洸教授进行了请教及交流。回顾整场报告,宗家洸教授讲授的内容生动细致,丰富新颖的研究成果体现出了独到的研究前瞻性,给参会同学带来了极大的启发和鼓舞。最后,宗家洸教授向大家发出参观交流的邀请,报告圆满结束。