共价有机框架材料催化研究进展

doi:10.6023/A19120426

化学学报 ›› 2020, Vol. 78 ›› Issue (4): 311-325.DOI: 10.6023/A19120426 上一篇下一篇

所属专题：多孔材料：共价有机框架(COF)

综述

共价有机框架材料催化研究进展

刘建国^a,b,c, 张明月^a,b, 王楠^a,b,d, 王晨光^a,b, 马隆龙^a,b,d

a 中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室广州 510640;
b 中国科学院大学北京 100049;
c 中国科学院洁净能源创新院大连 116023;
d 天津大学环境科学与工程学院天津 300350

投稿日期:2019-12-14 发布日期:2020-04-09
通讯作者: 刘建国, 马隆龙 E-mail:liujg@ms.giec.ac.cn;mall@ms.giec.ac.cn
作者简介:刘建国,男,中国科学院广州能源研究所研究员.2017年在瑞典斯德哥尔摩大学获得有机化学博士学位.随后在瑞典中部大学、新加坡国立大学、乌普萨拉大学从事博士后研究.2018年起担任中国科学院广州能源研究所研究员.主要研究方向包括催化化学、生物质精细化工、有机金属催化等交叉学科领域;张明月,男,中国科学院广州能源研究所在读研究生.2019年于辽宁科技大学能源与动力工程系获工学学士学位.主要从事生物质精细化工品制备以及生物质平台分子高值化合成药物中间体研究;王楠,女,天津大学在读博士研究生.2015年于厦门大学化学化工学院获工学硕士学位.目前研究方向为新型纳米催化材料的制备及其在生物质精细化工的应用;王晨光,男,中国科学院广州能源研究所研究员.2009年毕业于中国科学院广州能源研究所,获得热能工程专业博士学位.2009～2010年赴美国明尼苏达大学作为博士后开展海藻的超临界转化研究,2010～2013年于科罗拉多矿业大学作为博士后开展生物质基燃料燃烧热解特性研究,2013年9月起担任中国科学院广州能源研究所研究员、博士生导师.研究内容涉及生物质热解,生物质气的净化重整,气相化学机理,生物质基燃料模拟燃烧,基于生物质定向转化的催化新技术等;马隆龙,男,博士,中国科学院广州能源研究所研究员,博士生导师,973项目首席科学家.1994年至1995年在意大利ENEA Trisaia研究中心做高级访问学者.“十二五” 863计划“农林生物质高效转化技术”主题专家组专家,“十三五”国家重点研发计划“可再生能源与氢能重点专项”专家组专家,生物质能源产业技术创新战略联盟理事长,国家能源生物燃料中心主任,中国可再生能源学会生物质能专业委员会副主任委员.主要研究方向为生物质高效转化与综合利用,包括:(1)生物水相催化转化理论基础研究,(2)生物质热解、气化及发电,(3)生物质全组分高效转化与利用.
基金资助:
项目受国家自然科学基金面上项目（No.51976225）和中国科学院洁净能源创新研究院合作基金项目（No.DNL201916）资助.

Research Progress of Covalent Organic Framework Materials in Catalysis

Liu Jianguo^a,b,c, Zhang Mingyue^a,b, Wang Nan^a,b,d, Wang Chenguang^a,b, Ma Longlong^a,b,d

a Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;
b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
c Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian 116023, China;
d School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China

Received:2019-12-14 Published:2020-04-09
Supported by:
Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 51976225) and Dalian National Laboratory for Clean Energy Cooperation Fund, Chinese Academy of Sciences (No. DNL201916).

文章分享

摘要/Abstract

共价有机框架材料（COFs）是一类具有高比表面积、高孔隙率、高结晶度的结构多样性多孔材料.由于COFs具有可设计性、易功能化的特点，可通过“自上而下”或者后修饰策略将具有催化活性的官能团或金属颗粒嵌入到材料骨架当中，从而设计出高效催化剂.COFs已逐渐在多相催化及其它催化领域展现出非常大的应用价值.本文综述了COFs作为催化剂载体在多种催化反应中的合成策略与应用，对COFs催化剂的现状进行了总结与展望，同时指出该领域面临的问题与挑战.

关键词: 共价有机框架材料, 多孔材料, COF载体, 催化剂, 多相催化

Covalent organic framework materials (COFs) are a class of organic porous materials with large specific surface area, high porosity and crystallinity. Owning to their special nature of functional versatility and easy modification, COFs can be designed to be efficient catalysts either embed functional active sites into the skeleton through a "top-down" strategy, or load metal nanoparticles into the framework via a post-modification approach. These studies have laid the foundation for the extension of COF's application in heterogeneous and other catalytic fields. The synthetic strategy and application of COF in different types of catalytic reactions are reviewed in this paper. Moreover, the current research situation of COF catalyst is summarized and prospected. Finally, the remaining challenges in this field are also indicated.

Key words: covalent organic framework, porous material, COF supporter, catalyst, heterogeneous catalysis

引用此文

刘建国, 张明月, 王楠, 王晨光, 马隆龙. 共价有机框架材料催化研究进展[J]. 化学学报, 2020, 78(4): 311-325.

Liu Jianguo, Zhang Mingyue, Wang Nan, Wang Chenguang, Ma Longlong. Research Progress of Covalent Organic Framework Materials in Catalysis[J]. Acta Chimica Sinica, 2020, 78(4): 311-325.

导出引用 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

分享此文

参考文献

[1] Feng, X.; Ding, X.; Jiang, D. L. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 6010.
[2] Segura, J. L.; Mancheno, M. J.; Zamora, F. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 5635.
[3] Song, J. R.; Huang, Z. T.; Zheng, Q. Y. Chin. J. Chem. 2013, 31, 577.
[4] Li, Z. P.; Feng, X.; Zou, Y. C.; Zhang, Y. W.; Xia, H.; Liu, X. M.; Mu, Y. Chem. Commun. 2014, 50, 13825.
[5] Huang, N.; Chen, X.; Krishna, R.; Jiang, D. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2986.
[6] Zhao, Y. F.; Yao, K. X.; Teng, B. Y.; Zhang, T.; Han, Y. Energ. Environ. Sci. 2013, 6, 3684.
[7] Wang, P. Y.; Kang, M. M.; Sun, S. M.; Liu, Q.; Zhang, Z. H.; Fang, S. M. Chin. J. Chem. 2014, 32, 838.
[8] Feng, X.; Liu, L.; Honsho, Y.; Saeki, A.; Seki, S.; Irle, S.; Dong, Y.; Nagai, A.; Jiang, D. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2618.
[9] Wang, J. H.; Zhang, Y.; An, L. C.; Wang, W. H.; Zhang, Y. H.; Bu, X. H. Chin. J. Chem. 2018, 36, 826.
[10] Yang, T.; Cui, Y. N.; Chen, H. Y.; Li, W. H. Acta Chim. Sinica 2017, 75, 339. (杨涛, 崔亚男, 陈怀银, 李伟华, 化学学报, 2017, 75, 339.)
[11] Peng, Z. K.; Ding, H. M.; Chen, R. F.; Gao, C.; Wang, C. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 681. (彭正康, 丁慧敏, 陈如凡, 高超, 汪成, 化学学报, 2019, 77, 681.)
[12] He, Q.; Zhang, C.; Li, X.; Wang, X.; Mu, P.; Jiang, J. X. Acta Chim. Sinica 2018, 76, 202. (贺倩, 张崇, 李晓, 王雪, 牟攀, 蒋加兴, 化学学报, 2018, 76, 202.)
[13] Zhang, S. X; Shao, X. F. Acta Chim. Sinica 2018, 76, 531. (张尚玺, 邵向锋, 化学学报, 2018, 76, 531.)
[14] Liu, X. G.; Huang, D. L.; Lai, C.; Zeng, G. M.; Qin, L.; Wang, H.; Yi, H.; Li, B. S.; Liu, S. Y.; Zhang, M. M.; Deng, R.; Fu, Y. K.; Li, L.; Xue, W. J.; Chen, S. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 5266.
[15] Pang, C. M.; Luo, S. H.; Hao, Z. F.; Gao, J.; Huang, Z. H.; Yu, J. H.; Yu, S. M.; Wang, Z. Y. Chin. J. Org. Chem. 2018, 38, 2606. (庞楚明, 罗时荷, 郝志峰, 高健, 黄召昊, 余家海, 余思敏, 汪朝阳, 有机化学, 2018, 38, 2606.)
[16] Davankov, V.; Tsyurupa, M. React. Polym. 1990, 13, 27.
[17] Rojas, A.; Arteaga, O.; Kahr, B.; Camblor, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11975.
[18] Zhang, Y. D.; Zhu, Y. L.; Guo, J.; Gu, S.; Wang, Y. Y.; Fu, Y.; Chen, D. Y.; Lin, Y. J.; Yu, G. P.; Pan, C. Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 11323.
[19] Xu, S. J.; Luo, Y. L.; Tan, B. E. Macromol. Rapid Commun. 2013, 34, 471.
[20] Wood, C. D.; Tan, B.; Trewin, A.; Su, F.; Rosseinsky, M. J.; Bradshaw, D.; Sun, Y.; Zhou, L.; Cooper, A. I. Adv. Mater. 2008, 20, 1916.
[21] McKeown, N. B.; Budd, P. M. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 675.
[22] Kaushik, M.; Basu, K.; Benoit, C.; Cirtiu, C. M.; Vali, H.; Moores, A. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 6124.
[23] MacLean, M. W.; Reid, L. M.; Wu, X.; Crudden, C. M. Chem. Asian. J. 2015, 10, 70.
[24] Jiang, J. X.; Trewin, A.; Adams, D. J.; Cooper, A. I. Chem. Sci. 2011, 2, 1777.
[25] Kuhn, P.; Antonietti, M.; Thomas, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3450.
[26] Bojdys, M. J.; Jeromenok, J.; Thomas, A.; Antonietti, M. Adv. Mater. 2010, 22, 2202.
[27] Ren, S.; Bojdys, M. J.; Dawson, R.; Laybourn, A.; Khimyak, Y. Z.; Adams, D. J.; Cooper, A. I. Adv. Mater. 2012, 24, 2357.
[28] Ranganathan, A.; Heisen, B. C.; Dix, I.; Meyer, F. Chem. Commun. 2007, 3637.
[29] Ben, T.; Ren, H.; Ma, S. Q.; Cao, D. P.; Lan, J. H.; Jing, X. F.; Wang, W. C.; Xu, J.; Deng, F.; Simmons, J. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9457.
[30] Ben, T.; Qiu, S. L. CrystEngComm 2013, 15, 17.
[31] Ben, T.; Pei, C. Y.; Zhang, D. L.; Xu, J.; Deng, F.; Jing, X. F.; Qiu, S. L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 3991.
[32] Yu, J. H.; Xu, R. R. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4021.
[33] Morris, R. E.; Bu, X. Nat. Chem. 2010, 2, 353.
[34] Fu, X. B.; Yu, G. P. Prog. Chem. 2016, 28, 1006. (付先彪, 喻桂朋, 化学进展, 2016, 28, 1006.)
[35] Hu, H.; Yan, Q. Q.; Ge, R. L.; Gao, Y. A. Chinese J. Catal. 2018, 39, 1167. (胡慧, 闫欠欠, 格日乐, 高艳安, 催化学报, 2018, 39, 1167.)
[36] Li, Y. W.; Yang, R. T. AIChE J. 2008, 54, 269.
[37] Spitler, E. L.; Colson, J. W.; Uribe-Romo, F. J.; Woll, A. R.; Giovino, M. R.; Saldivar, A.; Dichtel, W. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2623.
[38] Wang, T.; Xue, R.; Wei, Y. L.; Wang, M. Y.; Guo, H.; Yang, W. Prog. Chem. 2018, 30, 753. (王婷, 薛瑞, 魏玉丽, 王明玥, 郭昊, 杨武, 化学进展, 2018, 30, 753.)
[39] Côté, A.; Benin, A.; Ockwig, N.; O'keeffe, M.; Matzger, A.; Yaghi, O. Chem. Mater. 2006, 18, 5296.
[40] Ding, S. Y.; Gao, J.; Wang, Q.; Zhang, Y.; Song, W. G.; Su, C. Y.; Wang, W. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19816.
[41] Ma, H. C.; Kan, J. L.; Chen, G. J.; Chen, C. X.; Dong, Y. B. Chem. Mater. 2017, 29, 6518.
[42] Bhadra, M.; Sasmal, H. S.; Basu, A.; Midya, S. P.; Kandambeth, S.; Pachfule, P.; Balaraman, E.; Banerjee, R. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 13785.
[43] Li, Y.; Chen, W. B.; Gao, R. D.; Zhao, Z. Q.; Zhang, T.; Xing, G. L.; Chen, L. Chem. Commun. 2019, 55, 14538.
[44] Han, X.; Xia, Q. C.; Huang, J. J.; Liu, Y.; Tan, C. X.; Cui, Y. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8693.
[45] Lyu, H.; Diercks, C. S.; Zhu, C.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6848.
[46] Mullangi, D.; Chakraborty, D.; Pradeep, A.; Koshti, V.; Vinod, C. P.; Panja, S.; Nair, S.; Vaidhyanathan, R. Small 2018, 14, e1801233.
[47] Mu, M. M.; Wang, Y. W.; Qin, Y. T.; Yan, X. L.; Li, Y.; Chen, L. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 22856.
[48] Vardhan, H.; Verma, G.; Ramani, S.; Nafady, A.; Al-Enizi, A. M.; Pan, Y.; Yang, Z.; Yang, H.; Ma, S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 3070.
[49] Li, X.; Wang, Z. F.; Sun, J. X.; Gao, J.; Zhao, Y.; Cheng, P.; Aguila, B.; Ma, S. Q.; Chen, Y.; Zhang, Z. J. Chem. Commun. 2019, 55, 5423.
[50] Zhang, J.; Han, X.; Wu, X. W.; Liu, Y.; Cui, Y. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 5065.
[51] Vardhan, H.; Hou, L.; Yee, E.; Nafady, A.; Al-Abdrabalnabi, M. A.; Al-Enizi, A. M.; Pan, Y.; Yang, Z.; Ma, S. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 4878.
[52] Puthiaraj, P.; Pitchumani, K. Chemistry 2014, 20, 8761.
[53] Dong, B.; Wang, L. Y.; Zhao, S.; Ge, R.; Song, X. D.; Wang, Y.; Gao, Y. N. Chem. Commun. 2016, 52, 7082.
[54] Lan, X. W.; Du, C.; Cao, L. L.; She, T. T.; Li, Y. M.; Bai, G. Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 38953.
[55] Zhong, W. F.; Sa, R. J.; Li, L. Y.; He, Y. J.; Li, L. Y.; Bi, J. H.; Zhuang, Z. Y.; Yu, Y.; Zou, Z. G. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7615.
[56] Bhadra, M.; Kandambeth, S.; Sahoo, M. K.; Addicoat, M.; Balaraman, E.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6152.
[57] Chen, R. F.; Shi, J. L.; Ma, Y.; Lin, G. Q.; Lang, X. J.; Wang, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 6430.
[58] Huang, W.; Li, Y. G. Chin. J. Chem. 2019, 37, 1291.
[59] Banerjee, T.; Haase, F.; Savasci, G.; Gottschling, K.; Ochsenfeld, C.; Lotsch, B. V. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 16228.
[60] Vyas, V. S.; Haase, F.; Stegbauer, L.; Savasci, G.; Podjaski, F.; Ochsenfeld, C.; Lotsch, B. V. Nat. Commun. 2015, 6, 1.
[61] Wang, X. Y.; Chen, L. J.; Chong, S. Y.; Little, M. A.; Wu, Y.; Zhu, W. H.; Clowes, R.; Yan, Y.; Zwijnenburg, M. A.; Sprick, R. S.; Cooper, A. I. Nat. Chem. 2018, 10, 1180.
[62] Biswal, B. P.; Vignolo-Gonzalez, H. A.; Banerjee, T.; Grunenberg, L.; Savasci, G.; Gottschling, K.; Nuss, J.; Ochsenfeld, C.; Lotsch, B. V. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 11082.

共价有机框架材料催化研究进展

Research Progress of Covalent Organic Framework Materials in Catalysis

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用此文

分享此文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

相关统计

本文评价

[1]	李雅宁, 王晓艳, 唐勇. 自由基聚合的立体选择性调控^★[J]. 化学学报, 2024, 82(2): 213-225.
[2]	林航青, 马若茹, 江怡蓝, 许木榕, 林洋彭, 杜克钊. 用于卤素捕获的材料研究进展[J]. 化学学报, 2024, 82(1): 62-74.
[3]	付信朴, 王秀玲, 王伟伟, 司锐, 贾春江. 团簇Au/CeO₂的制备及其催化CO氧化反应构效关系的研究^★[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 874-883.
[4]	刘建川, 李翠艳, 刘耀祖, 王钰杰, 方千荣. 高稳定二维联咔唑sp²碳共轭共价有机框架材料用于高效电催化氧还原^★[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 884-890.
[5]	崔国庆, 胡溢玚, 娄颖洁, 周明霞, 李宇明, 王雅君, 姜桂元, 徐春明. CO₂加氢制醇类催化剂的设计制备及性能研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(8): 1081-1100.
[6]	赵天成, 蒋鸿宇, 张琨, 徐一帆, 康欣悦, 胥鉴宸, 周旭峰, 陈培宁, 彭慧胜. 基于环烷烃/乙醇混合碳源高性能碳纳米管纤维的连续化制备[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 565-571.
[7]	王子豪, 陈敏, 陈昶乐. 不对称α-二亚胺镍催化制备聚烯烃弹性体^★[J]. 化学学报, 2023, 81(6): 559-564.
[8]	刘露杰, 张建, 王亮, 肖丰收. 生物质基多元醇的多相催化选择性氢解^★[J]. 化学学报, 2023, 81(5): 533-547.
[9]	徐斌, 韦秀芝, 孙江敏, 刘建国, 马隆龙. 原位合成氮掺杂石墨烯负载钯纳米颗粒用于催化香兰素高选择性加氢反应[J]. 化学学报, 2023, 81(3): 239-245.
[10]	于璐瑶, 任祯, 杨宇森, 卫敏. 生物基聚酯单体的定向催化制备[J]. 化学学报, 2023, 81(2): 175-190.
[11]	陈俊畅, 张明星, 王殳凹. 晶态多孔材料合成方法的研究进展[J]. 化学学报, 2023, 81(2): 146-157.
[12]	刘健, 欧金花, 李泽平, 蒋婧怡, 梁荣涛, 张文杰, 刘开建, 韩瑜. 金属-有机骨架衍生的Co单原子高效催化硝基芳烃氢化还原[J]. 化学学报, 2023, 81(12): 1701-1707.
[13]	刘金晶, 杨娜, 李莉, 魏子栋. 铂活性位空间结构调控氧还原机理的理论研究^★[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1478-1485.
[14]	杨贯文, 伍广朋. 模块化双功能有机硼氮和硼磷催化体系的设计及其催化转化^★[J]. 化学学报, 2023, 81(11): 1551-1565.
[15]	李波, 周海燕, 马海燕, 黄吉玲. 亚乙基桥联双茚锆、铪配合物的合成及催化丙烯选择性齐聚研究: 茚环3-位取代基的影响[J]. 化学学报, 2023, 81(10): 1280-1294.