Dynamic Bond-Directed Synthesis of Stable Mesoporous Metal–Organic Frameworks under Room Temperature

化学 介孔材料 催化作用 金属有机骨架 化学工程 有机化学 吸附 工程类
作者
Youcong Li,Jian Su,Yue Zhao,Liang Feng,Lei Gao,Xinyu Xu,Ya Yin,Yifan Liu,Pengwei Xiao,Ling Yuan,Jun‐Sheng Qin,Yuanyuan Wang,Shuai Yuan,He Zheng,Jing‐Lin Zuo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (18): 10227-10235 被引量:11
标识
DOI:10.1021/jacs.3c01219
摘要

Stable metal–organic frameworks (MOFs) with mesopores (2–50 nm) are promising platforms for immobilizing nanosized functional compounds, such as metal-oxo clusters, metal-sulfide quantum dots, and coordination complexes. However, these species easily decompose under acidic conditions or high temperatures, hindering their in situ encapsulation in stable MOFs, which are usually synthesized under harsh conditions involving excess acid modulators and high temperatures. Herein, we report a route for the room-temperature and acid-modulator-free synthesis of stable mesoporous MOFs and MOF catalysts with acid-sensitive species encapsulated: (1) we initially construct a MOF template by connecting stable Zr6 clusters with labile Cu-bipyridyl moieties; (2) Cu-bipyridyl moieties are subsequently exchanged by organic linkers to afford a stable version of Zr-MOFs; (3) acid-sensitive species, including polyoxometalates (POMs), CdSeS/ZnS quantum dots, and Cu-coordination cages, can be encapsulated in situ into the MOFs during step 1. The room-temperature synthesis allows the isolation of mesoporous MOFs with 8-connected Zr6 clusters and reo topology as kinetic products, which are inaccessible by traditional solvothermal synthesis. Furthermore, acid-sensitive species remain stable, active, and locked within the frameworks during MOF synthesis. We observed high catalytic activity for VX degradation by the POM@Zr-MOF catalysts as a result of the synergy between redox-active POMs and Lewis-acidic Zr sites. The dynamic bond-directed method will accelerate the discovery of large-pore stable MOFs and offer a mild route to avoid the decomposition of catalysts during MOF synthesis.
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