卟啉金属-有机框架在二氧化碳捕获与转化上的应用研究

近几十年来,气候变暖、海平面上升等全球性气候问题日益严重,对人们赖以生存的自然环境造成了巨大的威胁.为了缓解并最终解决温室效应,多年来人们一直着手研究以二氧化碳(CO2)为主的温室气体的处理方法.CO2捕获和转化是一项新的技术,将捕获得到的CO2直接转化成甲酸、甲醇、甲烷等小分子有机物或药物中间体等高附加值的化合物.卟啉金属-有机框架(Porphyrin Metal-Organic Frameworks,PMOFs)是一种基于卟啉配体和金属节点的多孔配位框架材料.卟啉配体具有良好热稳定性、化学稳定性以及优异独特的光学性能,结合MOFs框架的多孔性带来的对CO2等气体分子的良好吸附性,使得PMOFs在CO2捕获与转化上具有巨大的潜力.首先,介绍了PMOFs合成中常用的构筑策略,包括拓扑导向、柱层策略以及金属-有机笼策略.然后,根据次级结构基元对常见的PMOFs结构进行系统分类,包括基于低价态金属离子、桨轮状M2(COO)4、金属-氧无限长链和硬酸金属-氧簇四类,叙述了各类PMOFs的结构特性和稳定性.随后,通过一些代表性的实例分类总结了PMOFs在CO2捕获与转化上的应用,包括CO2的捕获、环加成反应、光催化反应和电催化反应.最后,总结了PMOFs在四大类应用中具有的优势与挑战,并展望了PMOFs在CO2捕获与转化中的机遇和发展前景.