利用新型钼金属有机框架作为高效催化剂

近来，研究人员利用新型钼金属有机框架作为高效和可重复使用的催化剂。在这项研究中，通过简单的溶热法合成了基于钼和哌啶-4-羧酸的金属有机框架，并将其作为一种有效的催化物质，通过酯化反应从油酸和棕榈酸中生产生物柴油。

所制备的催化材料通过XRD、FTIR、TGA、DSC、BET、SEM、TEM、ICP-OES、X射线图和EDX分析进行了表征。所得的Mo-MOF催化材料呈现出棒状形态，比表面积为56平方米/克，热稳定性高达300℃。该固体催化剂在油酸和棕榈酸的酯化过程中表现出高活性。此外，该催化材料可以被简单地回收并有效地再利用几次，而不会有明显的活性损失，所获得的结果还表明，金属有机框架可用于适当和快速的生物柴油生产。

（图片来源：Arash Ghorbani/自然.科学报告）

由于化石燃料造成的环境污染和全球变暖日益严重，许多研究正在寻求开发可再生能源技术。在这种情况下，生物柴油被认为最有潜力减少颗粒物、二氧化碳和温室气体的排放，因为它的高辛烷值和低粘度使它成为普通化石燃料的一个有前途的和经济上可行的替代品。

生物柴油是一种可再生能源，可以通过生物质油（如植物油和动物脂肪）中的甘油三酯与甲醇的酯交换来生产。传统的生物柴油生产方法是在有碱或酸催化材料（如硫酸和氢氧化钠）存在的情况下利用均相条件。这些均相系统受到限制，如反应器的腐蚀、催化材料难以回收和循环使用以及环境污染。在这种情况下，异质催化材料比同质催化材料具有更多的优势，如可回收、易于分离纯化过程、甘油纯度高、无腐蚀性等。

迄今为止，已经提供了许多结构和表面功能可调的固体酸碱催化材料，其中许多对生物柴油的生产显示出高催化活性。与酸类催化材料相比，异质固体碱类催化剂通常在较温和的反应条件下提供更高的速率。

但是，由于皂化和水解等副反应，它们不能直接用于FFA含量超过2wt%的油，而且会降低催化剂的活性和酯产量。因此，在处理含有大量FFA和水的低质量或非食用植物油时，要使用固体酸催化材料。钼金属有机框架催化材料被认为是多功能的催化材料，因为这种金属能够以不同的氧化状态存在于固体表面，从Mo⁶⁺到金属Mo。

（图片来源：Arash Ghorbani/自然.科学报告）

无水钼酸钠、块状MoO₃、二氧化硅MoO₃/B-ZSM-5钼支持的氧化铝、二氧化硅、二氧化硅-氧化铝和二氧化钛，以及碳已被用作酯化和酯化催化材料，用于从几种油（包括废油）生产生物柴油。

与块状MoO₃相比，氧化铝支持的MoO₃能更有效地利用活性相，并增强对反应介质浸出钼的稳定性。网络的结构受多种因素的影响，如构件、溶剂、温度、pH值等。同时，其拓扑结构主要取决于金属离子（或金属簇）和有机节点的连接性和对称性。研究人员发现棒状MOF的拓扑结构是金属有机框架，其中含金属的二级构建单元由无限的棒状链接的金属中心聚合体组成。

Mo-MOF的催化材料可重复使用性和催化性能比较。可重复使用性是一个非常重要的因素，它决定了异质固体催化材料的稳健性及其商业潜力，特别是从经济和实际角度来看。过滤和离心是传统上在实验室范围内采用的两种方法，以实现异质催化材料的处理、分离、回收和循环利用。此外，MOFs通常适合作为高度可回收的催化系统，通过简单的过滤或离心，可以轻松、有效地回收催化剂。

这项题为“Efficient biodiesel production from oleic and palmitic acid using a novel molybdenum metal-organic framework as efficient and reusable catalyst”的研究已发表在《自然.科学报告》上（2022）12:10338。这项研究由Arash Ghorbani-Choghamarani、Zahra Taherinia和Yunes Abbasi Tyula等人开展。

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