中国科大江海龙教授, 最新Angew

2024-08-12行业资讯

第一作者：郭明春，管新宇

通讯作者：江海龙

通讯单位：中国科学技术大学

江海龙，中国科学技术大学化学系教授、博士生导师、英国皇家化学会会士，国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划项目首席科学家、入选国家万人计划领军人才和科技部中青年科技创新领军人才等。

论文速览

负载型金属纳米粒子（NPs）在多相催化领域中显示出巨大潜力，但精确控制它们与载体的相互作用以影响催化性能仍然面临重大挑战。

本文研究了如何通过共价有机框架（COFs）的孔壁工程来定制封装铂（Pt）纳米粒子的催化性能。

研究中，Pt纳米粒子被掺入到硫醚官能化的COFs（简称COF-Sx）中，通过调节COF孔壁上悬挂的硫醚密度，精确控制Pt纳米粒子的尺寸和电子状态。这种Pt@COF-Sx复合材料在对氯硝基苯（p-CNB）加氢转化为对氯苯胺（p-CAN）表现出超过99%的卓越选择性，与掺入不含硫醚COFs中Pt纳米粒子具有较差选择性形成鲜明对比。此外，Pt@COF-Sx的转化率随着硫醚密度的增加呈现出火山型曲线，这是由于可接近的Pt位点的变化。

本工作提供了一种借助合理的设计和精确的支撑结构定制，通过微环境调节来调控金属NPs催化性能的有效方法。

图文导读

图1：孔壁上悬挂基团和客体金属纳米粒子的掺入并未影响COF骨架结构。

图2：COFs的介孔特性，随着硫醚密度的增加，BET表面积略有下降。

图3：Pt@COF-V0.5、Pt@COF-S0.2和Pt@COF-S0.33中Pt纳米粒子的尺寸和分布。

图4：DRIFTS光谱表征。

图5：中性或带正电的Pt(111)表面上p-CNB加氢为p-CAN反应坐标的相对能量变化或DFT计算。

图6：Pt/C-SV上p-CNB的加氢转化率和对p-CAN的选择性。

总结展望

本研究成功制备了一系列Pt@COF-Sx复合材料，通过精确控制COF孔壁上的硫醚基团，实现了对封装Pt纳米粒子特性的精确调控。Pt@COF-S0.5在对氯硝基苯加氢生成对氯苯胺的过程中表现出几乎绝对的选择性，并且具有卓越的活性。此外，随着硫醚含量的增加，转化率呈现出火山型曲线，这归因于可接近Pt位点数量的变化。

本工作为通过微环境调节来调控支持金属纳米粒子的催化性能提供了一种合理的方法，特别是通过精确的孔壁工程来改进宿主COFs，为支持催化剂的性能提升提供了有前景的策略。

文献信息

标题：Tailoring Catalysis of Encapsulated Pt Nanoparticles by Pore Wall Engineering of Covalent Organic Frameworks

期刊：Angewandte Chemie International Edition DOI：10.1002/anie.202410097

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