One-Pot Preparation of Nitro-Functionalized Bimetallic UiO-66(Zr-Hf) with Hierarchical Porosity for Oxidative Desulfurization Performance

双金属片 烟气脱硫 化学 硝基 多孔性 金属有机骨架 催化作用 化学工程 纳米技术 有机化学 吸附 材料科学 烷基 工程类
作者
Guangming Shi,Yalong Liang,Long Nie,Ruodi Huang,Zhaohan Yang,Xinying Liu,Jun Zhou,Qiuli Zhang,Gan Ye
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:63 (35): 16554-16564 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c02959
摘要

Preparation of multifunctional metal-organic frameworks (MOFs) offers new opportunities to obtain ultrahigh synergistic catalytic performance for heterogeneous reactions; however, the application of a one-pot method for preparing multifunctional MOFs remains challenging. Herein, we develop a one-pot green route for synthesizing bimetallic nitro-functionalized UiO-66(Zr-Hf)-NO2 with hierarchical porosity under solvent-free conditions. The optimal UiO-66(Zr-Hf0.6)-NO2 shows an ultrahigh enhancement of oxidative desulfurization (ODS) efficiency to oxidize sulfur compounds (1000 ppm sulfur) in a model fuel at 40 °C within 12 min due to the introduction of more active Hf sites in the nodes, the increased Lewis acidity of Zr/Hf-O nodes by the electron-withdrawing NO2 group, and the enhanced diffusion rates by the mesopores. The turnover frequency (TOF) over UiO-66(Zr-Hf0.6)-NO2 at 40 or 50 °C reaches 145.3 or 217.0 h-1 that surpasses the TOF of most reported MOF-based catalysts in the ODS reaction. Quenching and electron paramagnetic resonance experiments confirm that the formed Hf-OH on the Zr/Hf-O nodes can easily decompose the oxidant (H2O2) for generating a Hf-OOH-active intermediate and dominate the ODS efficiency. This contribution provides a one-pot solvent-free avenue to synthesize multifunctional MOFs for enhancing their catalytic activities for targeted applications.
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