分子装饰决定MOF酸度的起源

研究人员发现sulfated-zirconium MOF催化剂的强酸网站通过识别特定分子结构内装饰。工作可以帮助研究固体acid-catalysed反应机制以及下一代的发展固体酸催化剂对许多工业应用。

2014年,科学家发现,财政部- 808 a zirconium-based有机框架——可以用硫酸生产一种很有前途的新一代固体酸催化剂(mof - 808₄)。然而,尽管一些模型,提出材料中的酸网站仍然未知,从而限制试图修改和优化的催化剂。

问题的一部分是,一般很难获得精确的知识的固体催化剂的表面化学物质障碍和复杂性。财政部的优势- 808₄是,它有一个高度有序的晶体结构的锆集群。但努力找到酸网站受到阻碍,因为集群锆表面仍然具有无序排列的氢氧化物,硫酸盐和水分子,不同于一个集群。

伯克利加州大学的研究人员现在,我们结合光谱、晶体和计算技术导航mof的无序表面化学- 808₄并最终确定其强大Brønsted酸。有其他较弱的酸网站出现在材料,但是这一次负责大部分催化活性,“团队成员说汤姆Popp来说。“我们相信,我们已经发现由于技术的大阵,我们使用它,所有的证实。”

团队第一次使用x射线衍射和核磁共振光谱学特征分子物种,装饰集群锆表面,允许他们产生平均分子式为mof的活化形式- 808₄。通过了解公式,它缩小了可能的物种,每个锆集群装饰负责酸度。

进一步的实验和分析使用密度泛函理论表明Brønsted酸网站来自水的氢键配对和硫酸螯合支持两个邻国锆原子质子和共享一个弱。这种结构的存在被证实使用核磁共振技术,似乎只在接近双质子。

“水是一种我们大多数人所熟悉的分子,所以我觉得它令人惊讶的看到,它可以承担边缘型酸性过多的字符时安排在正确的方式与表面的硫酸锆集群中,“Popp来说说。实验与水化和脱水mof - 808₄催化的二聚异丁烯isooctene——一个工业相关过程使汽油辛烷值的助推器,异辛烷,进一步证实了水的酸性和催化能力的重要性。

兰德尔Snurr美国西北大学,财政部认为研究者”相结合的技术是“一个聪明的侦探作品”来阐明这种酸。与获得的知识,可以设计类似的结构化的网站更强酸性。裁缝和设计这些网站的能力将是一个激动人心的多相催化的发展。”