Small: 用于电化学CO2还原反应的MOF基材料的纳米工程
雨辰
将二氧化碳电催化还原为有价值的化学物质是一种可持续的技术，可以在环境中实现碳中性的能量循环。使用金属有机骨架（MOF）的电化学CO2还原反应（CO2RR）工艺具有原子分散的活性位，大表面积，高孔隙率，可控制的形貌和显着的可调性，已引起相当多的研究关注。可以通过结构明确的MOF来提高电导率，引入活性中心并形成具有增强的活性位点的碳基单原子催化剂（SAC），从而促进二氧化碳的转化。
有鉴于此，华东师范大学汤静研究员和葛建平教授等人，综述了纯MOFs、MOF杂化物以及MOF衍生的碳基SACs在电催化还原二氧化碳方面的研究进展。最后，讨论了MOF相关材料在研究领域的局限性和潜在的改进方向。
本文要点
1）电化学二氧化碳还原被认为是最有希望的降低碳排放的方法之一，尽管目前它面临着商业应用的困难。综述了MOF、MOF复合材料以及MOF衍生的单原子碳基材料作为催化二氧化碳还原的电催化剂的研究进展。由于可调节的金属连接和有机配体用作活性中心或电子转移剂，以及金属原子在原子水平上被有机配体所分散，因此可以对原始的MOF进行调整，使其具有作为CO2RR的电催化剂的最佳性能，优异的电催化性能和法拉第效率。通过桥接有机配体与金属中心的配位而制造的结晶多孔材料可扩大表面积，使活性中心更易于接触二氧化碳，并促进电荷和质量转移。同时，原始MOF的电导率很差，这可以通过引入客体物种进行调节，包括金属，金属氧化物或导电基质。
2）据报道，MOF衍生的碳基材料作为电催化剂可以改善CO2RR的性能。这类材料在相当程度上保留了原始MOFs的显著特征，具有丰富的孔隙结构、较大的比表面积和可通过掺杂调节的电子结构等优点。通过简单的制备工艺（例如金属的掺杂和吸收，然后进行碳化），可以基于MOF材料获得单原子催化剂，由于具有极高的分散活性位点，因此具有出色的CO2RR活性，选择性和高电流密度。总之，无论MOF是直接用作电催化剂还是MOF被设计为制备单原子嵌入的碳基材料的前体，所得的电催化剂都可以提高活性位点的内在活性，改善传质，稳定性强。这些是开发CO2RR活性所需的关键特性。
参考文献：
Yingji Zhao et al. Nanoengineering Metal–Organic Framework‐Based Materials for Use in Electrochemical CO2 Reduction Reactions. Small, 2021.
DOI: 10.1002/smll.202006590
https://doi.org/10.1002/smll.202006590