Molecular Catalysis of Energy Relevance in Metal–Organic Frameworks: From Higher Coordination Sphere to System Effects,Chemical Reviews

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Molecular Catalysis of Energy Relevance in Metal–Organic Frameworks: From Higher Coordination Sphere to System Effects
Chemical Reviews ( IF 51.4 ) Pub Date : 2023-05-15 , DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00587
Nina F Suremann ₁ , Brian D McCarthy ₁ , Wanja Gschwind ₁ , Amol Kumar ₁ , Ben A Johnson _{1,

2} , Leif Hammarström ₁ , Sascha Ott ₁

Affiliation

The modularity and synthetic flexibility of metal–organic frameworks (MOFs) have provoked analogies with enzymes, and even the term MOFzymes has been coined. In this review, we focus on molecular catalysis of energy relevance in MOFs, more specifically water oxidation, oxygen and carbon dioxide reduction, as well as hydrogen evolution in context of the MOF–enzyme analogy. Similar to enzymes, catalyst encapsulation in MOFs leads to structural stabilization under turnover conditions, while catalyst motifs that are synthetically out of reach in a homogeneous solution phase may be attainable as secondary building units in MOFs. Exploring the unique synthetic possibilities in MOFs, specific groups in the second and third coordination sphere around the catalytic active site have been incorporated to facilitate catalysis. A key difference between enzymes and MOFs is the fact that active site concentrations in the latter are often considerably higher, leading to charge and mass transport limitations in MOFs that are more severe than those in enzymes. High catalyst concentrations also put a limit on the distance between catalysts, and thus the available space for higher coordination sphere engineering. As transport is important for MOF-borne catalysis, a system perspective is chosen to highlight concepts that address the issue. A detailed section on transport and light-driven reactivity sets the stage for a concise review of the currently available literature on utilizing principles from Nature and system design for the preparation of catalytic MOF-based materials.

中文翻译：

金属有机骨架中能量相关性的分子催化：从高配位层到系统效应

金属有机框架 (MOF) 的模块化和合成灵活性引发了与酶的类比，甚至创造了术语 MOFzymes。在这篇综述中，我们重点关注 MOF 中能量相关性的分子催化，更具体地说是水氧化、氧气和二氧化碳还原，以及 MOF-酶类比背景下的氢析出。与酶类似，MOF 中的催化剂封装导致周转条件下的结构稳定，而在均相溶液相中合成无法达到的催化剂图案可以作为 MOF 中的二级构建单元实现。为了探索 MOF 中独特的合成可能性，催化活性位点周围的第二和第三配位层中的特定基团已被纳入以促进催化作用。酶和 MOF 之间的一个关键区别是后者的活性位点浓度通常要高得多，导致 MOF 中的电荷和质量传输限制比酶中的更严重。高催化剂浓度也限制了催化剂之间的距离，从而限制了更高配位球工程的可用空间。由于运输对于 MOF 载催化很重要，因此选择系统视角来突出解决该问题的概念。关于传输和光驱动反应性的详细部分为简要回顾当前有关利用自然和系统设计原理制备催化 MOF 基材料的文献奠定了基础。导致 MOF 中的电荷和质量传输限制比酶中的更严重。高催化剂浓度也限制了催化剂之间的距离，从而限制了更高配位球工程的可用空间。由于运输对于 MOF 载催化很重要，因此选择系统视角来突出解决该问题的概念。关于传输和光驱动反应性的详细部分为简要回顾当前有关利用自然和系统设计原理制备催化 MOF 基材料的文献奠定了基础。导致 MOF 中的电荷和质量传输限制比酶中的更严重。高催化剂浓度也限制了催化剂之间的距离，从而限制了更高配位球工程的可用空间。由于运输对于 MOF 载催化很重要，因此选择系统视角来突出解决该问题的概念。关于传输和光驱动反应性的详细部分为简要回顾当前有关利用自然和系统设计原理制备催化 MOF 基材料的文献奠定了基础。从而为更高协调领域工程提供可用空间。由于运输对于 MOF 载催化很重要，因此选择系统视角来突出解决该问题的概念。关于传输和光驱动反应性的详细部分为简要回顾当前有关利用自然和系统设计原理制备催化 MOF 基材料的文献奠定了基础。从而为更高协调领域工程提供可用空间。由于运输对于 MOF 载催化很重要，因此选择系统视角来突出解决该问题的概念。关于传输和光驱动反应性的详细部分为简要回顾当前有关利用自然和系统设计原理制备催化 MOF 基材料的文献奠定了基础。

更新日期：2023-05-15

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