摘要：5-羟甲基糠醛（HMF）电氧化生成2, 5-呋喃二甲酸（FDCA）（一种可降解生物塑料的单体）是一种有前景的生物质升级的策略，但仍需要设计高效的催化剂。

5-羟甲基糠醛（HMF）电氧化生成2, 5-呋喃二甲酸（FDCA）（一种可降解生物塑料的单体）是一种有前景的生物质升级的策略，但仍需要设计高效的催化剂。

利用金属有机框架（MOFs）中开放的金属位点，准MOFs代表了一种可行的催化剂，但其设计性差和结构不可预测阻碍了它们的发展。

2025年2月27日，南方科技大学徐强、肖欣在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society发表题为《Rational Design of a Quasi-Metal–Organic Framework by Ligand Engineering for Efficient Biomass Upgrading》的研究论文，黄宁宇、初秉宪为论文共同第一作者，徐强、肖欣为论文共同通讯作者。

在本工作中，作者通过控制配体工程合理设计和合成了基于Ni的准MOFs。

对比原始金属簇完全占据的MOFs，准MOFs中可接近的Ni位点能够高效地将HMF转化为FDCA，法拉第效率（FE）高达99.2%，FDCA选择性达到98.3%。

原位表征和机理分析表明，准MOFs中部分配体断开后产生的开放Ni位点对高价活性物种的形成和HMF氧化至关重要。

此外，作为集成电解系统中的负极，准MOFs不仅可以降低制氢的电池电压，还可以以良好的产率生产高纯度的FDCA，同时为生产高附加值化学品和可持续氢气提供了新的机会。

图1：合成路线与结构示意图

图2：电化学处理前后的表征结果

图3：HMF电化学氧化反应（HMFOR）性能

图4：机理分析

图5：集成电解系统应用

综上，作者通过配体工程设计了一种基于镍的准金属-有机框架（quasi-MOF），用于高效生物质升级。研究团队利用含有吡唑和羧酸基团的配体，通过电化学处理部分断开配体，形成具有开放金属位点的准-MOF，实现了从5-羟甲基糠醛（HMF）到2, 5-呋喃二甲酸（FDCA）的高效电化学转化。

该研究开发了一种具有高法拉第效率（99.2%）和高选择性（98.3%）的准-MOF催化剂，用于将生物质衍生的HMF转化为FDCA。这种催化剂不仅在电化学氧化反应中表现出色，还能在集成电解系统中同时实现高效氢气生成和高纯度FDCA的生产。

该成果为生物质的可持续利用和绿色化学合成提供了新的思路，具有重要的工业应用前景，尤其是在生物质升级和可再生能源领域。

Rational Design of a Quasi-Metal-Organic Framework by Ligand Engineering for Efficient Biomass Upgrading, J. Am. Chem. Soc., 2025. https://doi.org/10.1021/jacs.5c00294.

来源：MS杨站长