Generation of Site-Selective Structural Vacancies in a Multinary Metal–Organic Framework for Enhanced Catalysis

材料科学 活动站点 催化作用 空位缺陷 金属有机骨架 介孔材料 氧化还原 分子 小分子 羧酸盐 化学工程 纳米技术 结晶学 化学 有机化学 吸附 工程类 生物化学 冶金
作者
Junyi Wang,Yin Rao,Yanxin Wu,Lingyi Yang,Qiaowei Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (26): 31354-31363
标识
DOI:10.1021/acsami.3c02550
摘要

Generating structural vacancies in metal-organic frameworks (MOFs) by partially removing the inorganic and organic units from the scaffolds is an effective strategy to modulate the pore parameters of the extended structures. However, pore enlargement is accomplished at the cost of loss in the number of active sites in typical MOFs, since dissociations of coordination linkages to create vacancies are not site-selective. Here, we performed site-specific vacancy generation in a multinary MOF (FDM-6) by selectively hydrolyzing the weak Zn─carboxylate linkages and keeping the strong Cu─pyrazolate linkages untouched. Surface area and pore size range of the materials could be systematically tuned by adjusting the water content and hydrolysis time. More than 56% of the Zn(II) sites in FDM-6 could be vacant, as evidenced by the atom occupancy analysis using powder X-ray diffraction, while most of the redox-active Cu sites are held in the backbone. The vacancies create highly connected mesopores, thus guaranteeing facile transportation of the guest molecules toward the active sites. Compared with the pristine MOF, FDM-6 with site-selective vacancies shows enhanced catalytic activity in bulky aromatic alcohol oxidation. Overall, the multinary MOF provides a platform in which both pore size enhancement and full retainment of active sites could be delivered in one framework by simple vacancy engineering.

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