一种可回收MOF催化剂（UiO-66-NH2/Pd）的生物合成，该合成过程由狭叶薰衣草（Lavandula angustifolia）提取物催化；研究了该催化剂在Suzuki-Miyaura偶联反应中的催化活性

《Journal of Organometallic Chemistry》：Biosynthesis of a recyclable MOF catalyst (UiO-66-NH 2/Pd) mediated by Lavandula angustifolia extract: Investigation of its catalytic activity in Suzuki-Miyaura coupling reactions

纳米催化剂制备及其在Suzuki-Miyaura反应中的应用研究。通过薰衣草花水还原法成功制备UiO-66-NH2/Pd异相纳米催化剂，具有高催化活性、良好热稳定性和重复使用性（7次循环）。该催化剂在温和条件下高效实现碳-碳偶联反应，解决了传统均相催化剂难以回收的问题。

　　

Narinderjit Singh Sawaran Singh | Rafid Kamal Jameel | Ahmed Aldulaimi | Malatesh Akkur | Satish Kumar Samal | Sridharan Sundharam | Sanjeev Kumar | Khalmurat Iliev | Zukhra Atamuratova | Davronbek Yulchiev | Aseel Smerat | Heba A. El-Sabban

马来西亚尼莱市Persiaran Perdana BBN，INTI国际大学数据科学与信息技术学院，邮编71800

摘要

本研究通过使用Lavandula angustifolia花的水提取物作为天然还原剂，成功地将钯纳米颗粒掺入了金属-有机框架材料UiO-66-NH₂中。通过TEM、FE-SEM、EDX、ICP-OES和XRD等多种方法对样品进行了详细分析，证实了UiO-66-NH₂/Pd纳米颗粒的形成。该纳米复合材料在Suzuki-Miyaura反应（SMC）中表现出优异的催化性能，在温和条件下能够高效生成联芳烃产物。经热过滤测试验证，该催化剂具有很高的稳定性和显著的异质性，并且可重复使用7次而活性无明显下降，显示出其作为高效稳定异质催化剂在C-C键构建过程中的应用潜力。

引言

Suzuki-Miyaura偶联（SMC）反应是一种能够在温和条件下进行且适用于多种官能团的化学反应。该方法已成为制备联芳烃化合物的重要途径，这类化合物在医药、天然物质和塑料材料领域具有重要应用[1]。由于该反应的重要性，相关研究获得了2010年诺贝尔化学奖[2]。目前该反应主要使用含有不同配体的钯配合物作为催化剂[3]。过渡金属常被用于各类催化剂中[4][5][6][7]，这类催化剂通常具有更好的催化效果和更高的选择性，但存在难以分离和重复利用的实际问题。为解决这些问题并提高反应的环保性，科学家们将钯配合物与碳材料、磁性物质、硅胶、沸石、羟基磷灰石、金属有机框架（MOFs）和有机聚合物等不同材料结合，开发出多种异质催化剂[8][9][10]。因此，如何结合这两种催化类型的优势一直是该领域的研究重点[11]。 具有微孔结构的新材料在众多研究领域都具有重要意义[12][13][14][15][16][17][18]。近年来，研究人员致力于设计金属有机框架（MOFs），在MOFs结构中引入多种金属[14]。这类多孔 coordination 聚合物因其独特的三维结构和大量微孔而受到广泛关注。通过将无机与有机化合物结合成有序的晶体结构，可以实现对孔洞形状、大小和结构的多种调控，从而为添加新功能或元素提供了便利[15]。这些特性使得MOFs在催化、传感、气体分离和药物输送等多种应用中具有广泛应用前景[16]。多种单相金属纳米颗粒（如钯[17]、铂[18]、金[19]）以及金属合金纳米颗粒（如钯银[20,21]、金镍[22]、钯钴[23a]、金钯[23b,c]）已通过多种方法成功嵌入MOFs中[20][21][22][23]。 在本研究中，我们利用Lavandula angustifolia花提取物作为还原剂，成功制备了低钯载量的UiO-66-NH₂/Pd催化剂（方案1）。选择UiO-66-NH₂作为载体是因为其在热稳定性和化学稳定性方面表现优异，并且内部具有较大的空间[21]；其中的胺基团可作为金属离子的结合位点，从而稳定形成的Pd纳米颗粒。通过对UiO-66-NH₂/Pd催化剂进行彻底表征，验证了其在Suzuki-Miyaura反应中的催化性能（方案1）。

实验步骤概述

Lavandula angustifolia花提取物的制备

取2.0克干燥的Lavandula angustifolia花朵，与50毫升纯水混合后加热至80°C，加热20分钟。过滤后蒸发所得液体，得到用于后续步骤的粉末。

UiO-66-NH₂的制备

根据文献[25a]的方法，制备了淡黄色的UiO-66-NH₂粉末。

UiO-66-NH₂/Pd纳米颗粒的制备

将0.2克的UiO-66-NH₂与50毫升纯H₂O混合并超声处理2分钟，随后加入3.0 mM的Na₂PdCl₄溶液（20毫升），继续进行后续处理。

催化剂表征数据分析

采用FE-SEM、EDX、ICP-OES、TEM和XRD等技术对制备的UiO-66-NH₂/Pd纳米颗粒的化学和物理性质进行了分析。FE-SEM结果显示，这些颗粒呈圆形，平均粒径约为30-80纳米。其中含有多种生物活性和植物化学成分，如多酚、生物碱、单宁、黄酮类化合物、蛋白质和氨基酸等。

结论

本研究通过Lavandula angustifolia花提取物的辅助作用，成功制备了含有Pd纳米颗粒的UiO-66-NH₂ MOF催化剂。利用不同分析技术验证了该材料的物理化学性质。TEM分析表明，活性Pd颗粒在MOF框架上均匀分布。在优化条件下，该催化剂在Suzuki-Miyaura反应中的催化效率得到了评估。

作者贡献声明

Narinderjit Singh Sawaran Singh：撰写、审稿与编辑、监督工作。 Rafid Kamal Jameel：实验研究、数据分析。 Ahmed Aldulaimi：实验研究、数据分析。 Malatesh Akkur：实验研究、数据分析。 Satish Kumar Samal：实验研究、数据分析。 Sridharan Sundharam：实验研究、数据分析。 Sanjeev Kumar：实验研究、数据分析。 Khalmurat Iliev：实验研究、数据分析。 Zukhra Atamuratova：实验研究、数据分析。

利益冲突声明

作者声明在本研究中不存在任何利益冲突。