氨基功能化高熵镧系金属-有机框架的双酸碱位点协同催化CO2环加成反应研究

为解决CO2转化效率低、传统催化剂条件苛刻等问题，研究人员通过溶热法合成了一种集成五种镧系离子（Eu3+/Tb3+/Gd3+/Dy3+/Ho3+）和2-氨基对苯二甲酸配体的高熵LnMOF（HE-LnMOF）。该材料通过未配位氨基（碱位点）与不饱和金属中心（Lewis酸位点）的协同作用，显著提升了CO2环加成反应的催化活性和稳定性，为绿色化学提供了新策略。

　　

全球气候变暖与CO₂排放的恶性循环正威胁生态系统，而将CO₂转化为高附加值化学品是实现碳中和的关键路径。然而，现有催化剂如沸石、离子液体等面临活性低、条件苛刻等瓶颈。金属-有机框架（MOF）因其可调控的孔道结构和活性位点成为研究热点，但单金属MOF的催化性能仍有局限。

宁波大学的研究团队创新性地提出高熵设计策略，通过整合五种镧系离子（Eu³⁺、Tb³⁺、Gd³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺）与2-氨基对苯二甲酸（H₂N-BDC）配体，成功构建了高熵镧系MOF（HE-LnMOF）。单晶X射线衍射证实该材料保持单斜晶系（C2/c空间群），其中Eu³⁺通过七个羧基氧原子和配位水分子形成扭曲四方反棱柱结构。同步辐射和ICP分析显示五种金属离子均匀分布，晶格畸变增强了CO₂吸附能力。

研究采用X射线衍射（XRD）、原位漫反射红外光谱（DRIFTS）和BET比表面积分析等技术。通过对比单金属Ln-MOF，HE-LnMOF在常温常压下对环氧丙烷与CO₂的环加成反应转化率提升40%，且循环5次后活性保持90%以上。

描述晶体结构
单晶解析显示HE-LnMOF中金属节点通过μ₂-η¹:η¹桥联模式连接配体，形成三维多孔框架。未配位的-NH₂基团暴露于孔道内，与不饱和Ln³⁺位点（Lewis酸）构成双功能活性中心。

结论
该研究证实高熵设计能通过"鸡尾酒效应"优化电子结构，增强底物活化能力。原位DRIFTS捕获到碳酸酯中间体信号强度增加，揭示了酸碱位点协同促进环氧化物开环的机制。

讨论
这项工作为开发高效CO₂转化催化剂提供了新思路：①高熵效应增大了活性位点密度；②晶格畸变增强了CO₂吸附；③氨基酸配体实现了温和条件下的C-O键活化。论文发表于《Journal of Molecular Structure》，为绿色化学和碳中和目标提供了材料基础。