Covalent organic frameworks as heterogeneous catalysts

doi:10.1016/S1872-2067(18)635057-8

Abstract

Abstract:

Covalent organic frameworks (COFs), established as an emerging class of crystalline porous poly-mers with high surface area, structural diversity, and designability, attract much interest and exhibit potential applications in catalysis. In this review, we summarize the use of COFs as a versatile plat-form to develop heterogeneous catalysts for a variety of chemical reactions. Catalytic COFs are cat-egorized in accordance with the types of active sites, involving single functional active sites, bifunc-tional active sites, and metal nanoparticles (NPs) embedded in pores. Special emphasis is placed on the deliberate or incidental synthesis strategies, the stability, the heterogeneity, and the shape/size selectivity for COF catalysis. Moreover, a description of the application of COFs as photocatalysts and electrocatalysts is presented. Finally, the prospects of COFs in catalysis and remaining issues in this field are indicated.

Key words: Covalent organic framework, Organic porous material, Catalyst, Catalyst support, Heterogeneous catalysis

Hui Hu, Qianqian Yan, Rile Ge, Yanan Gao. Covalent organic frameworks as heterogeneous catalysts[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(7): 1167-1179.

×
share this article

Add to citation manager EndNote|Ris|BibTeX

URL: https://www.cjcatal.com/EN/10.1016/S1872-2067(18)635057-8

https://www.cjcatal.com/EN/Y2018/V39/I7/1167

References

[1] X. Feng, X. S. Ding, D. L. Jiang, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 6010-6022.
[2] S. Y. Ding, W. Wang, Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 548-568.
[3] P. J. Waller, F. Gandara, O. M. Yaghi, Acc. Chem. Res., 2015, 48, 3053-3063.
[4] J. C. Jiang, Y. B. Zhao, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 3255-3265.
[5] M. Dogru, T. Bein, Chem. Commun., 2014, 50, 5531-5546.
[6] N. Huang, P. Wang, D. L. Jiang, Nat. Rev. Mater., 2016, 1, 16068.
[7] R. P. Bisbey, W. R. Dichtel, ACS Cent. Sci., 2017, 3, 533-543.
[8] C. S. Diercks, O. M. Yaghi, Science, 2017, 355, 923-930.
[9] T. R. Cook, Y. R. Zheng, P. J. Stang, Chem. Rev., 2013, 113, 734-777.
[10] A. P. Cote, A. I. Benin, N. W. Ockwig, M. O'Keeffe, A. J. Matzger, O. M. Yaghi, Science, 2005, 310, 1166-1170.
[11] S. S. Han, H. Furukawa, O. M. Yaghi, W. A. Goddard Ⅲ, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 11580-11581.
[12] H. Furukawa, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8875-8883.
[13] C. J. Doonan, D. J. Tranchemontagne, T. G. Glover, J. R. Hunt, O. M. Yaghi, Nat. Chem., 2010, 2, 235-238.
[14] H. P. Ma, H. Ren, S. Meng, Z. J. Yan, H. Y. Zhao, F. X. Sun, G. S. Zhu, Chem. Commun., 2013, 49, 9773-9775.
[15] M. G. Rabbani, A. K. Sekizkardes, Z. Kahveci, T. E. Reich, R. S. Ding, H. M. El-Kaderi, Chem. Eur. J., 2013, 19, 3324-3328.
[16] H. Y. Zhao, Z. Jin, H. M. Su, X. F. Jing, F. X. Sun, G. S. Zhu, Chem. Commun., 2011, 47, 6389-6391.
[17] Q. R. Fang, J. H. Wang, S. Gu, R. B. Kaspar, Z. B. Zhuang, J. Zheng, H. X. Guo, S. L. Qiu, Y. S. Yan, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 8352-8355.
[18] L. Y. Bai, S. Z. F. Phua, W. Q. Lim, A. Jana, Z. Luo, H. J. P. Tham, L. Z. Zhao, Q. Gao, Y. L. Zhao, Chem. Commun., 2016, 52, 4128-4131.
[19] C. R. DeBlase, K. E. Silberstein, T. T. Truong, H. D. Abruna, W. R. Dichtel, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 16821-16824.
[20] H. Xu, S. S. Tao, D. L. Jiang, Nat. Mater., 2016, 15, 722-726.
[21] H. P. Liao, H. M. Ding, B. J. Li, X. P. Ai, C. Wang, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 8854-8858.
[22] H. P. Liao, H. M. Wang, H. M. Ding, X. S. Meng, H. Xu, B. S. Wang, X. P. Ai, C. Wang, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 7416-7421.
[23] N. Huang, X. S. Ding, J. Kim, H. Ihee, D. L. Jiang, Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 8704-8707.
[24] J. W. Crowe, L. A. Baldwin, P. L. McGrier, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 10120-10123.
[25] S. Dalapati, E. Jin, M. Addicoat, T. Heine, D. L. Jiang, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 5797-5800.
[26] G. Q. Lin, H. M. Ding, D. Q. Yuan, B. S. Wang, C. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 3302-3305.
[27] S. Y. Ding, M. Dong, Y. W. Wang, Y. T. Chen, H. Z. Wang, C. Y. Su, W. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 3031-3037.
[28] S. Wan, J. Guo, J. Kim, H. Ihee, D. L. Jiang, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 8826-8830.
[29] S. Wan, J. Guo, J. Kim, H. Ihee, D. L. Jiang, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 5439-5442.
[30] H. M. Ding, Y. H. Li, H. Hu, Y. M. Sun, J. G. Wang, C. X. Wang, C. Wang, G. X. Zhang, B. S. Wang, W. Xu, D. Q Zhang, Chem. Eur. J., 2014, 20, 14614-14618.
[31] X. B. Fu, G. P. Yu, Progr. Chem., 2016, 28, 1006-1015.
[32] S. Y. Ding, J. Gao, Q. Wang, Y. Zhang, W. G. Song, C. Y. Su, W. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 19816-19822.
[33] M. M. Mu, Y. W. Wang, Y. T. Qin, X. L. Yan, Y. Li, L. G. Chen, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 22856-22863.
[34] J. Q. Zhang, Y. S. Peng, W. G. Leng, Y. A. Gao, F. F. Xu, J. L. Chai, Chin. J. Catal., 2016, 37, 468-475.
[35] Y. X. Hou, X. M. Zhang, J. S. Sun, S. Lin, D. D. Qi, R. R. Hong, D. Q. Li, X. Xiao, J. Z. Jiang, Microporous Mesoporous Mater., 2015, 214, 108-114.
[36] W. J. Zhang, P. P. Jiang, Y. Wang, J. Zhang, Y. X. Gao, P. B. Zhang, RSC Adv., 2014, 4, 51544-51547.
[37] M. Zhao, C. D. Wu, Catal. Commun., 2017, 99, 146-149.
[38] H. Xu, X. Chen, J. Gao, J. B. Lin, M. Addicoat, S. Irle, D. L. Jiang, Chem. Commun., 2014, 50, 1292-1294.
[39] H. Xu, J. Gao, D. L. Jiang, Nat. Chem., 2015, 7, 905-912.
[40] J. Zhang, X. Han, X. W. Wu, Y. Liu, Y. Cui, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8277-8285.
[41] X. Han, Q. C. Xia, J. J. Huang, Y. Liu, C. X. Tan, Y. Cui, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8693-8697.
[42] B. Dong, L. Y. Wang, S. Zhao, R. L. Ge, X. D. Song, Y. Wang, Y. A. Gao, Chem. Commun., 2016, 52, 7082-7085.
[43] Y. W. Peng, Z. G. Hu, Y. J. Gao, D. Q. Yuan, Z. X. Kang, Y. H. Qian, N. Yan, D. Zhao, ChemSusChem, 2015, 8, 3208-3212.
[44] X. R. Wang, X. Han, J. Zhang, X. W. Wu, Y. Liu, Y. Cui, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 12332-12335.
[45] H. S. Xu, S. Y. Ding, W. K. An, H. Wu, W. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 11489-11492.
[46] J. Roeser, K. Kailasam, A. Thomas, ChemSusChem, 2012, 5, 1793-1799.
[47] Y. Wu, H. Xu, X. Chen, J. Gao, D. L. Jiang, Chem. Commun., 2015, 51, 10096-10098.
[48] D. B. Shinde, S. Kandambeth, P. Pachfule, R. R. Kumar, R. Banerjee, Chem. Commun., 2015, 51, 310-313.
[49] H. Li, Q. Y. Pan, Y. C Ma, X. Y Guan, M. Xue, Q. R Fang, Y. S Yan, V. Valtchev, S. L. Qiu, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 14783-14788.
[50] W. G. Leng, Y. S. Peng, J. Q. Zhang, H. Lu, X. Feng, R. L. Ge, B. Dong, B. Wang, X. P. Hu, Y. A. Gao, Chem. Eur. J., 2016, 22, 9087-9091.
[51] Q. Sun, B. Aguila, J. Perman, N. Nguyen, S. Q. Ma, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15790-15796.
[52] P. Pachfule, S. Kandambeth, D. D. Diaz, R. Banerjee, Chem. Com-mun., 2014, 50, 3169-3172.
[53] P. Pachfule, M. K. Panda, S. Kandambeth, S. M. Shivaprasad, D. D. Diaz, R. Banerjee, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 7944-7952.
[54] M. Bhadra, H. S. Sasmal, A. Basu, S. P. Midya, S. Kandambeth, P. Pachfule, E. Balaraman, R. Banerjee, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 13785-13792.
[55] S. L. Lu, Y. M. Hu, S. Wan, R. McCaffrey, Y. H. Jin, H. W. Gu, W. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 17082-17088.
[56] D. Mullangi, S. Nandi, S. Shalini, S. Sreedhala, C. P. Vinod, R. Vaidhyanathan, Sci. Rep., 2015, 5, 10876.
[57] X. F. Shi, Y. J. Yao, Y. L. Xu, K. Liu, G. S. Zhu, L. F. Chi, G. Lu, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 7481-7488.
[58] Q. R. Fang, S. Gu, J. Zheng, Z. B. Zhuang, S. L. Qiu, Y. S Yan, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 2878-2882.
[59] Y. X. Ma, Z. J. Li, L. Wei, S. Y. Ding, Y. B. Zhang, W. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 4995-4998.
[60] L. Stegbauer, K. Schwinghammer, B. V. Lotsch, Chem. Sci., 2014, 5, 2789-2793.
[61] J. Thote, H. B. Aiyappa, A. Deshpande, D. Diaz-Diaz, S. Kurungot, R. Banerjee, Chem. Eur. J., 2014, 20, 15961-15965.
[62] V. S. Vyas, F. Haase, L. Stegbauer, G. Savasci, F. Podjaski, C. Ochsenfeld, B. V. Lotsch, Nat. Commun., 2015, 6, 8508.
[63] F. Haase, T. Banerjee, G. Savasci, C. Ochsenfeld, B. V. Lotsch, Fara-day Discuss., 2017, 201, 247-264.
[64] R. K. Yadav, A. Kumar, N. J. Park, K. J. Kong, J. O. Baeg, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 9413-9418.
[65] X. Chen, M. Addicoat, E. Q. Jin, L. P. Zhai, H. Xu, N. Huang, Z. Q. Guo, L. L. Liu, S. Irle, D. L. Jiang, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 3241-3247.
[66] S. J. He, Q. F. Rong, H. Y. Niu, Y. Q. Cai, Chem Commun., 2017, 53, 9636-9639.
[67] J. H. Bi, W. Fang, L. Y. Li, J. Y. Wang, S. J. Liang, Y. H. He, M. H. Liu, L. Wu, Macromol. Rapid Commun., 2015, 36, 1799-1805.
[68] S. Kuecken, A. Acharjya, L. J. Zhi, M. Schwarze, R. Schomacker, A. Thomas, Chem Commun., 2017, 53, 5854-5857.
[69] T. Banerjee, F. Haase, G. Savasci, K. Gottschling, C. Ochsenfeld, B. V. Lotsch, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 16228-16234.
[70] Y. F. Zhi, Z. P. Li, X. Feng, H. Xia, Y. M. Zhang, Z. Shi, Y. Mu, X. M. Liu, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 22933-22938.
[71] T. T. Liu, X. Y. Hu, Y. F. Wang, L. Y. Meng, Y. A. Zhou, J. X. Zhang, M. Chen, X. M. Zhang, J. Photochem Photobio. B, 2017, 175, 156-162.
[72] G. Q. Lin, H. M. Ding, R. F. Chen, Z. K. Peng, B. S. Wang, C. Wang, J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 8705-8709.
[73] S. Lin, C. S. Diercks, Y. B. Zhang, N. Kornienko, E. M. Nichols, Y. B. Zhao, A. R. Paris, D. Kim, P. D. Yang, O. M. Yaghi, C. J. Chang, Science, 2015, 349, 1208-1213.
[74] C. Y. Lin, L. P. Zhang, Z. H. Zhao, Z. H. Xia, Adv. Mater., 2017, 29, 1606635.
[75] L. Jiao, Y. L. Hu, H. X. Ju, C. D. Wang, M. R. Gao, Q. Yang, J. F. Zhu, S. H. Yu, H. L. Jiang, J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 23170-23178.
[76] W. J. Ma, P. Yu, T. Ohsaka, L. Q. Mao, Electrochem. Commun., 2015, 52, 53-57.