グリセロールからアクロレインへの脱水反応のためのブレンステッド酸触媒への金属有機フレームワークの進化

Evolution of a Metal-Organic Framework into Brønsted Acid Catalyst for Glycerol Dehydration to Acrolein.

• Xiaomin Li
• Liang Huang
• Alena Kochubei
• Jun Huang
• Wei Shen
• Hualong Xu
• Qiaowei Li

抄録

固体酸触媒としての金属-有機フレームワーク（MOF）は、明確な構造を持つ活性部位を提供します。ここでは、生成物（アクロレイン対アセトール）が触媒酸サイトの性質に大きく依存するグリセロール脱水反応の触媒として、Zr6をベースとしたMOF-808とその誘導体を研究しました。MOF-808をZr(IV)に配位したBrønsted OH-/H2Oの数を120%増加させたMOF-808-Sに進化させ、水蒸気処理によりルイス酸度を消失させた後、合成後修飾触媒は活性ウィンドウ内でグリセロールの100%転化、アクロレインの91%の選択性、アセトールの0%の選択性を示した。生成物の組成をリアルタイムで解析したところ、その場でのMOFの構造変化が明らかになった。このように、プローブ反応によって特徴づけられたMOF-基質相互作用は、MOFの構造進化と固体酸触媒としての性能への影響をより深く理解することができました。

Metal-organic frameworks (MOFs) as solid acid catalysts provide active sites with definite structures. Here, we studied Zr6-based MOF-808 and its derivatives as the catalysts for glycerol dehydration, whose product (acrolein vs. acetol) is very sensitive to the nature of the catalytic acid sites. Evolving MOF-808 into MOF-808-S with a 120% increase in the number of Brønsted OH-/H2O coordinated to Zr(IV) and vanished Lewis acidity by steam treatment, the post-synthetically modified catalyst presents 100% conversion of glycerol, 91% selectivity of acrolein, and 0% selectivity of acetol within the active window. Real-time analysis of the product composition indicates the in-situ MOF structural evolution. Overall, the specific MOF-substrate interaction characterized by the probe reaction provides more understandings on the structural evolution of the MOFs and their impact on the performance as solid acid catalysts.

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