金属有机骨架材料（Metal Organic Frameworks，简称 MOFs）是由无机金属中心（金属离子或金属簇）与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs材料因为其较大的比表面积、高孔隙率、结构可调等特殊性质，在气体吸附分离、催化、生物载药等领域引起了研究者的广泛关注。此外，以MOFs材料为模版可以得到不同 MOFs衍生材料，如多孔碳材料、金属和金属氧化物材料、MOFs高分子复合材料，在传感、药物缓释、导电、催化等领域表现出优异的性能。

串联催化是一种新兴的绿色合成技术。一锅法(one-pot process)以其反应效率高、能耗低、选择性高等特点，在许多领域受到了广泛的关注。事实上，串联催化实际上是一个古老的概念，起源于生物系统(如光合作用)，在不同的酶催化下，底物经过一系列生物催化步骤转化为最终的代谢物。在这个多种酶催化过程中，维持催化系统的特定空间结构对于保证不同酶或活性位点催化的反应之间的协调至关重要。因此，为了制备高效的串联反应的多功能催化剂，除了在单一催化剂中简单地整合不同的活性位点外，还需要合理地设计和精确地设计这些催化位点在空间中的分布，以有利于不同活性位点在串联反应中发挥各自的作用。

目前，以MOFs材料作为载体，合成多活性位点催化剂已经成为一种主流趋势。例如：厦门大学郑兰荪课题组以金属有机骨架(MOFs)为载体，采用自牺牲模板法合成了一种新型的金属/酸(合金/多金属氧金属酸盐)活性位点的加氢酯化串联催化剂。青岛大学王国明教授团队通过双溶剂法合成了钴/铜/镍催化剂，使三种金属分别负载在不同的壳层上进行连续催化。

Knoevenagel缩合反应是有机合成中的重要反应，其在合成医药，化妆品，农药等方面具有广泛应用。以Knoevenagel缩合反应为核心，提出由苯甲醛二甲基缩醛生成苯甲醛再与丙二腈缩合为苯亚甲基丙二腈，最后再加氢生成苄基丙二腈的串联催化反应，最终生成的苄基丙二腈是一种重要的有机合成的中间产物。传统的合成方法需要多次分离提纯，需要高昂的费用，并且会带来大量的损失。因此，合成一种多活性位点催化剂使反应可以按照顺序发生是一种很好的解决策略。

2. 研究的基本内容与方案

本课题主要是以MOFs材料为模板，设计并且合成一种具有多活性位点的核壳结构的催化剂，研究其在串联催化过程中的性能。探究单载贵金属纳米粒子的催化活性，同时再以XRD、SEM、ICP、BET、XPS等表征手段对其进行表征，了解其具体的结构。最终，使其可以在串联催化中发挥作用。

本课题拟采用NUS-6-SO₃H以及UIO-66-NH₂ 两种MOF材料，通过对其合成进行调控，从而形成一种核壳结构。针对于苄基丙二腈合成所需的三步串联催化的三个活性位点，分别是NUS-6-SO₃H所含有的酸性位点、UIO-66-NH₂ 所含有的碱性位点以及负载的金属钯提供金属位点。首先合成UIO-66-NH₂再在材料上负载二价钯，然后通过外延生长的方法在UIO-66-NH₂上合成一层NUS-6-SO₃H壳。在纯化以及烘干后通过氢气还原将二价钯还原成钯金属。

对于其催化性能的测试，拟采用在串联反应苄基丙二腈的合成中以设计合成的材料作为催化剂，通过气相色谱检测反应溶液，确定反应产物同时检验催化剂的性能。

[1] Liu X Y, ZhangF, Goh T W, et al. Using a Multi-Shelled Hollow Metal-Organic Framework as aHost to Switch the Guest-to-Host and Guest-to-Guest Interactions.[J].Angewandte Chemie, 2018, 130(8).