锆基金属卟啉PCN-222：具有超高稳定性的介孔金属有机框架材料作为仿生催化剂

首页 > 行业动态 > 锆基金属卟啉PCN-222：具有超高稳定性的介孔金属有机框架材料作为仿生催化剂

摘要：
自然界金属卟啉具多种生物功能，而人工模拟其酶催化存在挑战。本文以Fe-TCPP为配体、Zr₆簇为节点，构建3D介孔MOF材料PCN-222，其孔径达3.7nm，稳定性极佳，仿生 peroxidase 催化活性和底物亲和力优于血红素与天然酶。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：血红素直接用作水相氧化催化剂易形成无活性二聚体且自毁；现有负载法稀释活性位点，修饰卟啉合成复杂，且MOF缺乏水稳定性、孔径小限制大分子底物扩散。
2. 本文创新：将类血红素活性中心作为结构基元，选用稳定Zr₆簇与金属卟啉组装，构建兼具超大介孔、高稳定性和高活性位点密度的MOF材料。

实验部分：
1. 材料合成：将M-TCPP（M为Fe、Mn等）、ZrCl₄与苯甲酸在DMF或DEF中，120℃溶剂热反应48h，获针状单晶PCN-222，Fe型产率46%。
2. 催化实验：以过氧化氢为氧化剂，PCN-222(Fe)催化邻苯三酚等底物氧化，固定催化剂和氧化剂浓度，改变底物浓度监测反应。
3. 稳定性测试：将PCN-222(Fe)浸泡于水、沸水、不同浓度HCl中24h，检测结构完整性。

分析测试：
1. X射线衍射：粉末XRD显示经水、沸水、浓HCl处理后结构完好，单晶XRD确定其空间群为P6/mmm，a=b=41.968(7)Å，c=17.143(2)Å。
2. 氮气吸附：77K下PCN-222(Fe)为IV型等温线，BET比表面积2200m²/g，N₂吸附量1009cm³/g，总孔容1.56cm³/g，孔径1.3nm（微孔）和3.2nm（介孔）。
3. 动力学分析：催化邻苯三酚时Km=0.33mM，kcat=16.1min⁻¹，优于血红素和HRP；UV/Vis监测显示反应符合米氏动力学。
4. 结果揭示：材料具超高化学稳定性、良好介孔结构和优异仿生催化性能，高活性位点密度与大孔径提升催化效率。

总结：
1. 主要研究结果：成功合成系列稳定PCN-222材料，PCN-222(Fe)表现出卓越的 peroxidase 样催化性能。
2. 创新突破：首次将类血红素配体与Zr₆簇组装，实现超大介孔与超高稳定性结合。
3. 潜在意义：为MOF基仿生催化平台发展提供新方向，推动酶模拟催化应用。

Zirconium‐Metalloporphyrin PCN‐222: Mesoporous Metal–Organic Frameworks with Ultrahigh Stability as Biomimetic Catalysts
文章作者：Dawei Feng, Zhi-Yuan Gu, Jian-Rong Li, Hai-Long Jiang, Zhangwen Wei, Hong-Cai Zhou*
DOI：10.1002/anie.201204475
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201204475

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。