【MOC金属笼吸附CO2】：一种用于可持续CO2转化反应的多孔金属有机笼液体

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摘要:
中科院福建物构所曹荣、黄远标团队发表的这篇文章(Nat Commun 2023,14, 3317 )报道了一种新型多孔金属-有机笼液体(Im-PL-Cage)的设计和制备,通过将长链聚乙二醇-咪唑链功能化的配体引入到基于对叔丁基磺酰基卡利克斯[4]芳烃的金属-有机笼(MOC)中。长链聚乙二醇-咪唑链可以作为Im-PL-Cage表面的"外冠",使其空腔在液体状态下保持空穴。Im-PL-Cage具有永久多孔性,可以大量吸附二氧化碳,并将吸附的二氧化碳释放出来高效地转化为甲酰化产物,远远超过多孔MOC固体和非多孔聚乙二醇-咪唑对映体。该工作提供了在多孔液体中部署化学反应的新概念,并从吸附分子中开发有用化学品,有望推进多孔液体的发展。

研究背景:
1）传统多孔固体材料在三相气-液-固反应中存在气体溶解度低的问题。
2）其他学者提出了多孔液体的概念,可以克服气体溶解度低的限制,但制备多孔液体仍需复杂繁琐的工艺。
3）本文作者提出了一种简单方法制备多孔金属-有机笼液体,通过引入长链聚乙二醇-咪唑链到金属-有机笼中,使其在液体状态下保持永久多孔性和流动性,从而大大提高二氧化碳吸附能力,并将吸附的二氧化碳高效转化为有价值的甲酰化产物。

实验部分:
1）合成Zn-Cage：通过Zn(NO3)2、[(5-Meim-1,3-H2BDC)+(Cl–)]和TBSC的反应制备了Zn-Cage。
2）合成Im-PL-Cage：使用PEG-Im-BDC、Zn(NO3)2和对叔丁基磺酰基杯芳烃自组装制备了Im-PL-Cage多孔粘稠液体，具有更高的CO2吸附能力和稳定性。
3）通过多种表征手段(XRD、FTIR、UV-Vis、XPS、XAS、TEM等)证实了Im-PL-Cage的结构和多孔性。
4）实验结果显示,Im-PL-Cage在室温下的二氧化碳吸附量(1.78 mmol/g)远高于PEG-Im-BDC(0.31 mmol/g)。
5）Im-PL-Cage中吸附的二氧化碳可高效转化为N-甲酰化产物(96.7%产率),远高于固体Zn-Cage(24.5%)和PEG-Im-BDC(21.5%)。

总结:
1）成功制备了一种新型多孔金属-有机笼液体Im-PL-Cage,具有永久多孔性和流动性。
2）Im-PL-Cage表现出优异的二氧化碳吸附能力和储存能力。吸附在Im-PL-Cage中的二氧化碳可高效转化为有价值的N-甲酰化产物。
Im-PL-Cage在催化反应中表现出良好的重复使用性能。

展望:
1）尝试将Im-PL-Cage应用于其他气体吸附和催化反应中。
2）探索制备其他种类多孔金属-有机笼液体的新方法。

A porous metal-organic cage liquid for sustainable CO2 conversion reactions
文章作者：Chang He, Yu-Huang Zou, Duan-Hui Si, Zi-Ao Chen, Tian-Fu Liu, Rong Cao & Yuan-Biao Huang
DOI：10.1038/s41467-023-39089-x
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-39089-x#citeas