超级炼丹炉！NP与MOF所成界面高效气体反应学术资讯

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分子与固体表面的碰撞是所有固-气反应的关键步骤，如多相催化和分子传感等。为实现高效的分子碰撞，加快反应的进行，通常需要提高反应的压力或温度，然而这些策略能耗极高，且具有严重的安全隐患。同时，高温高压条件常使得原位监控变得极具挑战性。为此，南洋理工大学Xing Yi Ling教授课题组和波士顿学院Chia-Kuang Tsung教授课题组联合提出了一个新概念，利用金属纳米粒子（NP）与金属有机框架（MOF）所形成之界面，达成在常温常压下，实现高效气体反应。他们进行了原位反应监测，从分子级别探究了其反应机理。

其策略，由Kolbe-Schmitt反应作为模型反应研究。近年来，二氧化碳 (CO2) 的转化为缓解CO2问题提供了新的思路。然而，CO2作为碳的最稳定氧化态，其热力学稳定性极高，需要提供较高能量才能使其活化，因此，如何在常温常压下驱动CO2的高效转化是一项具有重要意义的科学研究，且极具挑战性。为解决此难题，两个研究利用上述NP-MOF界面。团队发现，界面能够提高气体分子在金属表面的局部浓度，即在常温常压下创造了CO2的高压微环境在金属催化剂表面，进而实现了CO2在常温常压下向羧酸分子的高效转化。该研究使用银纳米粒子作为金属催化剂，使用ZIF-8作为有金属有机框架。原位拉曼光谱结合密度泛函理论模拟的结果表明，二氧化碳持续富集在NP-MOF界面，从而在界面处创造了CO2的高压微环境，进而在常温常压条件下，CO2在巯基苯酚底物上进行了羧基化 (Kolbe-Schmitt)。传统的Kolbe-Schmitt反应则通常需要在＞125 ℃和＞80 atm的条件中才能够发生。更重要的是，此界面达成了从未报导过的选择性。与传统Kolbe-Schmitt反应的邻位羧酸化不同，该团队首次发现了芳烃和CO2的间位羧酸化反应，这种间位羧酸化选择性是由于在界面上，MOF界面结构控制了芳烃和CO2在邻位上形成六元环状中间体的过程，而实现了对芳烃的间位羧酸化优先选择性。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是南洋理工大学的Hiang Kwee Lee博士，即将于今年十月入职南洋理工成为助理教授。南洋理工大学Xing Yi Ling教授和波士顿学院的Chia-Kuang Tsung教授为通讯作者。

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