在金属-有机框架中通过双重诱导方法制备亚稳态γ-MnO2纳米簇，以实现高效臭氧分解

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Dual-Induced Confined Synthesis of Metastable γ-MnO2 Nanoclusters in Metal–Organic Frameworks for Highly Efficient Ozone Decomposition

本研究提出双诱导受限合成策略，通过水热法将亚3nm γ-MnO?稳定于MIL-101(Fe)孔道中，形成具有高比表面积的金属氧化物纳米簇@MOF复合材料。在连续气流（40ppm O?，1.7×10? h?1）下，15% γ-MnO?@MIL-101(Fe)保持100% 臭氧分解效率超100小时，适应10%-90%宽湿度范围。机理表明，纳米受限与Fe?O簇协同作用降低活化能。

　　

摘要

超细金属氧化物纳米团簇（UMONs）由于其高比表面积而展现出显著的催化潜力；然而，精确控制UMONs的尺寸和晶体相仍然是一个重大挑战。在此，我们开发了一种双重诱导的受限合成策略，将疏水性调控与热触发相变相结合，从而将UMONs精确限制在金属-有机框架（MOF）的孔内。成功合成了13种不同金属阳离子掺杂的UMONs@MOF复合材料，这些金属阳离子分布于周期表的不同区域。值得注意的是，亚3纳米的亚稳态γ-MnO₂首次在MIL-101(Fe)框架内得到了稳定和限制。优化后的15% γ-MnO₂@MIL-101(Fe)复合材料在含有40 ppm O₃的空气中，以1.7 × 10⁵ h^?1的高气体时空速下，能够在10%–90%的宽湿度范围内持续100小时以上保持100%的O₃去除效率。机理研究表明，其优异的催化活性源于受限的γ-MnO₂活性位点与MIL-101(Fe)中的Fe₃O团簇之间的协同效应。这项工作为精确控制UMONs的尺寸和晶体相提供了一种通用方法，为设计高性能催化剂奠定了基础。

图形摘要

我们提出了一种通用的双重诱导策略，用于制备限制在MOF孔内的亚3纳米金属氧化物纳米团簇（UMONs@MOF），该策略具有极佳的兼容性，可以结合周期表中的多种金属氧化物和不同的MOF结构。通过使用这种复合材料替代原始组分，由于纳米限制、空间约束以及团簇间的协同作用，UMONs@MOF在 entire 湿度范围内100小时内始终保持100%的臭氧分解效率，从而显著降低了活化能。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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