【Bi-PCN-224】铋基MOF材料光促进环氧烷烃与CO₂在常温常压下转化为环状碳酸酯

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摘要：
传统CO₂与环氧烷烃环加成反应需高温高压，本文将Lewis酸铋原子引入MOF材料PCN-224的卟啉环，结合光照实现常温常压下反应。光照可激活CO₂分子、降低反应能垒，为该反应提供了经济高效的新路径。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：CO₂转化为高附加值产物具重要意义，但现有催化剂需高温高压，成本较高；Lewis酸可促进环氧烷烃开环，光催化能激活CO₂，但鲜有将光照用于该环加成反应的报道。
2. 本文创新：将铋原子引入PCN-224形成Bi-PCN-224，利用铋的Lewis酸性与卟啉环的光响应性，结合光照实现常温常压下反应。

实验部分：
1. 材料合成：PCN-224通过水热法合成，Bi-PCN-224和Bi-TCPP经回流法制备，产物经洗涤干燥处理。
2. 催化反应：30mg催化剂、0.5mmol TBAB、4.5mmol环氧丙烷混合，通入CO₂除氧，300W氙灯照射6h，Bi-PCN-224催化下转化率达99%。
3. 稳定性测试：经6次循环实验，催化剂性能无明显下降。

分析测试：
1. 结构表征：XRD证实Bi-PCN-224保留PCN-224晶体结构；BET比表面积为1842.3m²/g，CO₂吸附量27cm³/mg。
2. 光谱分析：UV-vis DRS显示Bi引入后卟啉Q带峰数变化；XPS证实Bi³⁺存在及与N的配位作用。
3. 机理探究：EPR表明光照下Zr⁴⁺转化为Zr³⁺激活CO₂；活化能测试显示光照下为7.02kJ/mol，低于黑暗条件的6.617kJ/mol。
4. 结果揭示：Bi增强Lewis酸性，光照激活CO₂并促进环氧开环，二者协同降低反应能垒。

总结：
1. 主要结果：Bi-PCN-224常温常压下催化CO₂环加成反应转化率达99%，稳定性良好。
2. 创新突破：将铋引入MOF并结合光照，实现温和条件下反应，阐明光激活CO₂的协同机理。
3. 潜在意义：为CO₂转化提供经济高效路径，助力环保与资源利用。

Light-Promoted CO₂ Conversion from Epoxides to Cyclic Carbonates at Ambient Conditions over a Bi-Based Metal–Organic Framework
文章作者：Guangyao Zhai, Yuanyuan Liu, Longfei Lei, Jiajia Wang, Zeyan Wang, Zhaoke Zheng, Peng Wang, Hefeng Cheng, Ying Dai, Baibiao Huang
DOI：10.1021/acscatal.0c05145
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c05145

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