MOF–based on molybdenium-cobalt as a catalyst for oxidative desulfurization of fuel oil
一种水热合成的钼钴金属有机框架（MOF）催化剂在室温下30分钟内即可有效实现模型燃料油中二苯并噻吩的100%氧化脱硫，并在六个循环周期内表现出高可回收性。
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燃料油，这种驱动船舶、卡车和发电机的深色液体，承载着一个隐藏的负担：硫。当这种燃料燃烧时，硫会转化为损害机械、伤害人类肺部并污染空气的气体。几十年来，炼油厂一直使用一种称为加氢脱硫的方法来净化这种燃料，但该过程需要极高的热量、巨大的压力和大量的氢气。它对简单的硫化合物效果良好，但在处理隐藏在燃料结构深处的顽固、复杂的分子时却显得力不从心。因此，科学家们一直在寻找一种更温和、更有效的方法，以便在没有沉重工业成本的情况下去除这些困难的硫污染物。一个充满希望的方向是氧化脱硫，这种技术利用化学反应将硫转化为一种可以被轻易洗掉的形式，且理想情况下是在温和的条件下进行。
在最近的一项研究中，研究人员 Kaveh Parvanak Boroujeni、Mohammad Ali Nasseri 和 Morteza Poorbasirat 开发了一种新工具，使这一清洁过程变得更快、更高效。他们创造了一种由金属有机框架制成的固体催化剂，这是一种由金属原子通过有机链连接在一起的、类似于微观支架的材料。具体而言，他们将钼和钴金属与一种简单的有机酸结合，形成了这种多孔结构。团队通过在一个密封容器中加热三氧化钼、硝酸钴和对苯二甲酸的混合物来合成这种材料，这一过程让原子能够自行排列成一种稳定的、类似海绵的固体。随后，他们使用一种含有二苯并噻吩（一种在真实石油中常见的顽固硫化合物）的模型燃料对这种新催化剂进行了测试。
实验过程简单但具有启发性。研究人员将模型燃料与少量的过氧化氢（一种常见的氧化剂）混合，并加入了他们的新催化剂。为了帮助将硫从燃料中提取出来，他们使用了一种称为乙腈的液体溶剂。混合物在室温下进行搅拌，这意味着不需要外部加热。结果令人瞩目。在三十分钟内，催化剂就将百分之百的硫化合物转化为了砜，这是一种可以从燃料中轻松分离的形式。这一过程无需通常此类反应所需的高温或高压。团队还发现，该催化剂对原料的利用效率极高；它在氧化剂与硫的比例远低于其他类似系统通常要求的水平下，就实现了完全净化。这表明，支架内部的钼和钴原子以一种协同工作的方式最大化了它们的效能，就像一个反应发生时具有高度专注力的受限空间。
为了确保这并非一次性的成功，研究人员测试了其材料的耐用性。在每次运行后，他们过滤出固体催化剂，将其清洗干净并再次使用。他们重复了这个循环六次，而催化剂保持了完整的效能，几乎没有表现出性能损失。这表明该材料足够坚固，可以多次重复使用，这是任何实际工业应用中的关键特征。团队还将这种新型混合金属催化剂与仅含钼或仅含原始金属氧化物的版本进行了对比。含有两种金属的混合版本表现显著更好，证实了钼和钴的结合创造了一种单一金属无法实现的卓越效应。
研究结论指出，这种特定的钼-钴框架是一种高效、可重复使用且温和的燃料清洁方案。通过在室温下运行并仅需极少量的化学物质，它为目前高能耗的方法提供了一个潜在的替代方案。研究人员证明，通过精心设计催化剂的结构，他们可以创造出一个快速且完全去除顽固硫的系统，为实现环境足迹更小的清洁燃料铺平了道路。
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