Unravelling the Redox‐catalytic Behavior of Ce4+ Metal–Organic Frameworks by X‐ray Absorption Spectroscopy

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作者
Simon Smolders,Kirill A. Lomachenko,Bart Bueken,Arnaud Struyf,Aram L. Bugaev,Cesare Atzori,Norbert Stock,Carlo Lamberti,Maarten B. J. Roeffaers,Dirk De Vos
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:19 (4): 373-378 被引量:106
标识
DOI:10.1002/cphc.201700967
摘要

The introduction of Ce4+ as a structural cation has been shown to be a promising route to redox active metal-organic frameworks (MOFs). However, the mechanism by which these MOFs act as redox catalysts remains unclear. Herein, we present a detailed study of the active site in [Ce6 O4 (OH)4 ]-based MOFs such as Ce-UiO-66, involved in the aerobic oxidation of benzyl alcohol, chosen as a model redox reaction. X-ray absorption spectroscopy (XAS) data confirm the reduction of up to one Ce4+ ion per Ce6 cluster with a corresponding outwards radial shift due to the larger radius of the Ce3+ cation, while not compromising the structural integrity of the framework, as evidenced by powder X-ray diffraction. This unambiguously demonstrates the involvement of the metal node in the catalytic cycle and explains the need for 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy (TEMPO) as a redox mediator to bridge the gap between the one-electron oxidation of the Ce4+ /Ce3+ couple and the two-electron alcohol oxidation. Finally, an improved catalytic system with Ce-MOF-808 and TEMPO was developed which outperformed all other tested Ce4+ -MOFs.
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