利用新型鉬金屬有機框架作為高效催化劑

近來，研究人員利用新型鉬金屬有機框架作為高效和可重複使用的催化劑。在這項研究中，通過簡單的溶熱法合成了基於鉬和呱啶-4-羧酸的金屬有機框架，並將其作為一種有效的催化物質，通過酯化反應從油酸和棕櫚酸中生產生物柴油。

所製備的催化材料通過XRD、FTIR、TGA、DSC、BET、SEM、TEM、ICP-OES、X射線圖和EDX分析進行了表徵。所得的Mo-MOF催化材料呈現出棒狀形態，比表面積為56平方米/克，熱穩定性高達300℃。該固體催化劑在油酸和棕櫚酸的酯化過程中表現出高活性。此外，該催化材料可以被簡單地回收並有效地再利用幾次，而不會有明顯的活性損失，所獲得的結果還表明，金屬有機框架可用於適當和快速的生物柴油生產。

（圖片來源：Arash Ghorbani/自然.科學報告）

由於化石燃料造成的環境污染和全球變暖日益嚴重，許多研究正在尋求開發可再生能源技術。在這種情況下，生物柴油被認為最有潛力減少顆粒物、二氧化碳和溫室氣體的排放，因為它的高辛烷值和低粘度使它成為普通化石燃料的一個有前途的和經濟上可行的替代品。

生物柴油是一種可再生能源，可以通過生物質油（如植物油和動物脂肪）中的甘油三酯與甲醇的酯交換來生產。傳統的生物柴油生產方法是在有堿或酸催化材料（如硫酸和氫氧化鈉）存在的情況下利用均相條件。這些均相系統受到限制，如反應器的腐蝕、催化材料難以回收和迴圈使用以及環境污染。在這種情況下，異質催化材料比同質催化材料具有更多的優勢，如可回收、易於分離純化過程、甘油純度高、無腐蝕性等。

迄今為止，已經提供了許多結構和表面功能可調的固體酸堿催化材料，其中許多對生物柴油的生產顯示出高催化活性。與酸類催化材料相比，異質固體堿類催化劑通常在較溫和的反應條件下提供更高的速率。

但是，由於皂化和水解等副反應，它們不能直接用於FFA含量超過2wt%的油，而且會降低催化劑的活性和酯產量。因此，在處理含有大量FFA和水的低品質或非食用植物油時，要使用固體酸催化材料。鉬金屬有機框架催化材料被認為是多功能的催化材料，因為這種金屬能夠以不同的氧化狀態存在於固體表面，從Mo⁶⁺到金屬Mo。

無水鉬酸鈉、塊狀MoO₃、二氧化矽MoO₃/B-ZSM-5鉬支持的氧化鋁、二氧化矽、二氧化矽-氧化鋁和二氧化鈦，以及碳已被用作酯化和酯化催化材料，用於從幾種油（包括廢油）生產生物柴油。

（圖片來源：Arash Ghorbani/自然.科學報告）

與塊狀MoO₃相比，氧化鋁支持的MoO₃能更有效地利用活性相，並增強對反應介質浸出鉬的穩定性。網路的結構受多種因素的影響，如構件、溶劑、溫度、pH值等。同時，其拓撲結構主要取決於金屬離子（或金屬簇）和有機節點的連線性和對稱性。研究人員發現棒狀MOF的拓撲結構是金屬有機框架，其中含金屬的二級構建單元由無限的棒狀連結的金屬中心聚合體組成。

Mo-MOF的催化材料可重複使用性和催化性能比較。可重複使用性是一個非常重要的因素，它決定了異質固體催化材料的穩健性及其商業潛力，特別是從經濟和實際角度來看。過濾和離心是傳統上在實驗室範圍內採用的兩種方法，以實現異質催化材料的處理、分離、回收和迴圈利用。此外，MOFs通常適合作為高度可回收的催化系統，通過簡單的過濾或離心，可以輕鬆、有效地回收催化劑。

這項題為“Efficient biodiesel production from oleic and palmitic acid using a novel molybdenum metal-organic framework as efficient and reusable catalyst”的研究已發表在《自然.科學報告》上（2022）12:10338。這項研究由Arash Ghorbani-Choghamarani、Zahra Taherinia和Yunes Abbasi Tyula等人開展。

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