One Robust Microporous TmIII–Organic Framework for Highly Catalytic Activity on Chemical CO2 Fixation and Knoevenagel Condensation

化学 Knoevenagel冷凝 微型多孔材料 双功能 催化作用 吡啶 路易斯酸 配体(生物化学) 金属有机骨架 有机化学 高分子化学 吸附 生物化学 受体
作者
Hongtai Chen,Tuoping Hu,Liming Fan,Xiutang Zhang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:60 (2): 1028-1036 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.0c03134
摘要

In terms of documented references, multifunctional MOFs with high catalytic performance could be constructed from the combination of metal cations and polycarboxyl-pyridine ligands, which could efficiently endow crystallized porous frameworks with the coexisting Lewis acid-base properties. Thus, by employing a ligand-directed synthetic strategy, the exquisite combination of wave-like inorganic chains of [Tm(CO2)3(OH2)]n and mononuclear units of [Tm(CO2)4(OH2)2] with the aid of the specially designed ligand of 2,6-bis(2,4-dicarboxylphenyl)-4-(4-carboxylphenyl)pyridine (H5BDCP) generates one highly robust microporous framework of {(Me2NH2)[Tm3(BDCP)2)(H2O)3]·4DMF·H2O}n (simplified as NUC-25), which contains near-rectangular nanochannels and large solvent-residing voids. Furthermore, the activated state of NUC-25 with the removal of associated water molecules is a rarely reported bifunctional heterogeneous catalyst due to the coexistence of Lewis acid-base sites including 6-coordinated Tm3+ ions, uncoordinated carboxyl oxygen atoms, and Npyridine atoms. Just as expected, NUC-25 exhibits greatly high catalytic activity for the cycloaddition reaction of epoxides with CO2 into alkyl cyclic carbonates under bland solvent-free conditions, which should be ascribed to the polarity of nitrogen-containing pyridine heterocycles as Lewis base sites on the inner surface of nano-caged voids except for recognized Lewis acid sites of rare earth cations. Moreover, the excellent pore-size-dependent catalytic property for Knoevenagel condensation reactions confirms that NUC-25 can be viewed as a recyclable bifunctional heterogeneous catalyst. Therefore, these results strongly demonstrate that microporous MOFs assembled from pre-designed polycarboxyl-heterocyclic ligands display better catalytic performance not only for chemical CO2 fixation but also for Knoevenagel condensation reactions.

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