香港城市大学范战西: 金属有机框架材料电还原二氧化碳为多碳产物

英文原题：Electrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide to High-Value Multicarbon Products with Metal−Organic Frameworks and Their Derived Materials

通讯作者：范战西，香港城市大学

作者：Juan WANG (王娟), Yimo ZHANG (张一沫)，Yangbo MA (马洋博)，Jinwen YIN (尹劲文)，Yunhao WANG (王云豪)

背景介绍

电催化二氧化碳还原反应（CO2RR）可以将二氧化碳分子转化为高附加值的化学品和燃料，在促进碳中和方面展现巨大潜力。目前，高效电催化CO2RR 为单碳产物已经基本实现，但高附加值的多碳产物的有效转化仍需进一步研究。近年来，金属有机框架（MOFs）材料，具有独特的多孔结构、较好的化学结构可调性和超大比表面积，在电催化CO2RR应用中引起越来越多的关注。因此，我们总结了 MOF 基材料应用于电催化CO2RR 制备多碳产物的最新研究进展。首先简要介绍了MOFs的结构。随后系统总结了MOFs（根据有机配体/连接体的种类分类）和MOF衍生材料（包括金属纳米材料、单原子催化剂和纳米复合材料）应用于电催化CO2RR制备多碳产物的性能并讨论了相应的催化机理。最后简要总结了MOFs基材料应用于电催化CO2RR为多碳产物领域存在的挑战和潜在机遇。

文章亮点

近日，香港城市大学范战西教授团队概述了金属有机框架（MOFs）及其衍生材料应用于电催化二氧化碳还原（CO2RR）为高附加值的多碳产物。作者首先简单介绍了 MOFs 的结构以及功能化 MOFs 以提高电催化性能的几种策略。

基于MOFs材料直接应用于电催化CO2RR，作者总结了MOFs材料电催化CO2RR为多碳产物的最新进展，根据构筑MOFs的有机配体的不同进行分类，主要包括多齿氮唑类配体，羧酸类配体，高共轭有机配体，卟啉类和酞菁类有机配体。

此外，MOFs 可作为前驱体或者模板，通过电化学或热处理方法可得到多种 MOF 衍生材料，例如：金属纳米材料、单原子催化剂以及纳米复合材料。MOF 衍生材料通常具有分级多孔结构、较大的比表面积和高分散的金属活性位点，可以促进电化学 CO2RR 中多碳产物的生成。

总结/展望

作者总结了MOFs基电催化剂将二氧化碳分子转化为高附加值的多碳产物的最新重要进展，主要包括MOFs和MOFs衍生材料。关于MOFs直接应用于电催化CO2RR，不同种类的有机配体构筑的MOFs在电催化CO2RR转化为多碳产物表现出优异的活性和较高的选择性，主要包括MOFs 中构建多核金属簇、在MOFs 中创建低配位金属活性中心以及通过杂原子掺杂对 MOFs 进行后合成改性等策略。关于 MOF 衍生材料，MOFs作为 前驱体可以通过电化学和/或热转化方法转化为不同种类的功能材料，例如如金属纳米材料、单原子催化剂和纳米复合材料等。MOFs 衍生材料通常具有良好的导电性和催化稳定性，以及丰富的活性位点和较高的比表面积，可以稳定关键中间体并促进多碳产物的生成。

相关论文发表在期刊ACS Materials Letters上，香港城市大学博士研究生王娟为文章第一作者，范战西教授为通讯作者。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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