金属有机骨架(MOFs)是一类具有高表面积、孔结构可调、结构多样等特点的**结晶多孔材料。在MOFs的众多应用中，其作为多相催化剂的载体受到了人们的广泛关注。然而，用于催化反应的MOFs组分要么是不饱和金属，要么来自有机连接物上的活性位点，催化效果并不是特别。因此，将多种催化元素整合到MOFs中协同工作被认为是提高其催化性能的一个强有力的策略。其中将MOFs的金属节点进行修饰是一种整合催化元素的策略。将具有催化活性的物质包封在MOFs的孔隙中，可以大大增加催化材料设计的多样性。任何与框架结构不相容的催化组分原则上都可以以这种方式固定，其中被包裹的活性物质具有可移动的优势，从而多个催化组分之间实现潜在催化合作。

离子液体(ILs)是一种具有熔点低、蒸汽压力可忽略、热稳定性等特性有机盐。其提供了丰富的路易斯酸位点和卤化物阴离子，显示出对CO₂催化转化体系的催化性能。但是由于均相反应体系中ILs呈现液态，使其分离过程**困难，实际应用受到限制。因此，来自天津工业大学化学与化工学院分离膜与膜工艺国家实验室的黄宏亮等人提出使用ILs对MOFs进行修饰构建多功能催化材料。研究人员选择ZIF-8作为MOF原型材料，以1-甲基-3-丙基咪唑溴盐(MPImBr)为**的咪唑离子液体，所制得的IL@ZIF-8(Zn/Co)催化剂可在环境压力下催化CO₂与环氧化合物进行环加成反应（图1），其催化性能明显优于催化剂的单独组分。

起初作者对上述材料进行了合成以及表征。作者在初始的条件下选择了无溶剂化学合成方法合成ZIF-8(Zn)，为了将其它催化组分引入到ZIF-8(Zn)中，在ZIF-8(Zn)构建过程中加入不同量的Co盐或离子液体，得到的材料分别命名为ZIF-8(Zn/Co)、IL@ZIF-8(Zn)和IL@ZIF-8(Zn/Co)，作者为了检验所得样品的结晶度，进行了粉末X射线衍射分析(PXRD)，实验峰与计算得到的ZIF-8峰吻合良好(图2a)，确认了它们的相纯度。在77 K时测定其氮气吸附等温线来评价所得催化剂的孔隙率，结果表明，各种催化组分的引入不会引起ZIF-8框架结构的改变。TEM图像(图2c)显示，ZIF-8(Zn/Co)与ZIF-8(锌)有一致的晶粒大小和形态。

为了验证各种催化组分的成功结合，作者通过高角度环形暗电极扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)和相应的能量色散X射线(EDX)元素映射进行表征（图3），结果显示各种催化组分在MOF中均匀分布。

通过XPS分析（图4）表明各种催化组分与MOF存在相互作用。比较了ZIF-8(Zn)和IL@ZIF-8(Zn/Co)样品对H₂O和CO₂的吸附。吸附曲线表明IL@ZIF-8(锌/ Co)的水以及二氧化碳吸收能力较强，这种特性对二氧化碳的吸收非常有益。

接着，作者比较了它们在环境压力下对二氧化碳与环氧化合物环加成反应的催化活性（图5）。纯ZIF-8(Zn)与环氧氯丙烷进行CO₂环加成反应收率中等。与之相比，ZIF-8(Zn/Co)和IL@ZIF-8(Zn)的催化性能有明显提高。这些结果表明，引入钴离子或离子液体分子有利于提高MOFs的催化性能。

性Zn(OH)₂作为锌源，方便地控制ILs催化活性物质在ZIF-8形成过程中的掺杂得到的催化复合物。对于ILs的应用发展而言是具有一定的促进意义。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/TA/C9TA10409G

原文作者：

Yuxiu Sun, Xuemeng Jia, Hongliang Huang, Xiangyu Guo, Zhihua Qiao and Chongli Zhong

DOI: 10.1039/c9ta10409g

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