来源：Frontiers Journals

01 研究背景

二氧化碳（CO₂）是化石燃料燃烧产生的温室气体之一，过量的CO₂会引起全球气候变暖，破坏生态系统，危及人类健康。因此，如何利用CO₂是当今社会面临的热点问题。由于CO₂热力学上具有高稳定性，将其转化为燃料或者其他化学品需要大量能量，因此开发高效的催化剂是将CO2资源化利用的关键所在。电催化CO₂还原是一种很有前途的减排策略，它利用可再生电力将CO₂转化为高附加值产品，引起研究者的广泛关注。金属有机骨架（MOFs）是一类以金属离子或团簇为节点，以多齿有机化合物为连接基团的多孔材料。由于其特殊的结构和组成，MOFs及其复合材料具有高结晶度、高孔隙率和高比表面积、可调的孔表面、可设计的骨架和结构多样性等优点，在发光、主客体识别、吸附/分离、磁性材料、能量转换/储存、催化等领域具有广泛的应用。此外，MOFs丰富的孔道和框架结构促进了反应底物/产物的传输。但是，MOFs较差的导电性和稳定性在一定程度上阻碍了其在CO₂电催化中的应用。和单独MOFs相比，MOF衍生物显示出了优异的催化性能。MOF衍生材料不仅保持了MOFs的高比表面积和多孔性等优点，同时提高了MOFs的化学和热稳定性。此外，通过改变合成条件，可以获得更加多样化和功能化的材料，有助于拓展MOF材料的多样性和应用。本文系统总结了MOF衍生材料的主要合成策略，以及在CO₂RR中的应用。

02 综述内容

近日，南开大学程鹏教授课题组刊发了综述论文：《MOF衍生材料在电催化CO₂还原中的应用》，本综述的主体分为两个部分，首先总结了MOF衍生材料的合成方法，主要包括MOFs的直接热解、MOF复合材料的热解、MOF衍生材料的后修饰和其他合成方法，并详细讨论了各种合成方法的设计策略和优点。此外，根据还原产物分类，对MOF衍生材料作为CO₂还原电催化剂的应用进行了讨论和总结。希望这篇综述能为该领域的相关研究人员提供有价值的参考，加速MOF衍生材料在CO₂RR中的创新和应用。

03 总结展望

与传统的电催化剂相比，MOF衍生的材料提供更多暴露的活性位点，从而提高了催化过程的效率。同时，碳化MOF衍生的材料表现出优异的电子转移能力和循环稳定性，这对于催化剂的大规模应用至关重要。此外，通过调控电子和化学结构，可以设计MOF衍生材料以调控物化性质，提升催化性能，优化CO₂电还原催化剂，并为规模化生产提供了理论指导。然而，MOF衍生物在电催化还原CO₂过程依然存在以下挑战：（1）产物选择性不高，（2）多碳产物反应机理不明确，（3）多碳产物催化剂材料单一等问题，到目前为止，MOF衍生材料电催化CO₂还原的机理大多是通过理论计算得到的，还需要结合先进的原位/工况条件下的表征技术，阐明电化学CO₂RR条件下活性位的结构和动态演变过程，解析反应机理，从而优化合成方法，设计出高性能的CO₂RR电催化剂。

04 论文信息

Application of MOF-derived materials as electrocatalysts for CO₂ conversion

Jiahe Li, Haiqiang Luo, Bo Li, Jian-Gong Ma and Peng Cheng

Mater. Chem. Front., 2023, Advance Article

https://doi.org/10.1039/D3QM00835E

05 作者简介

程鹏 教授

南开大学

程鹏，南开大学教授，长期从事无机化学与材料化学交叉领域研究，在功能配合物与分子基材料的设计、合成、结构与性能调控等方面取得了系统性的研究成果。2015年以来在Angew. Chem., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Nature Commun. 等国际重要学术期刊发表高水平学术论文100多篇。发表的论文被他人引用19000余次。2015年主编专著“Lanthanide Metal-Organic Frameworks”，2023年在Elsevier上出版专著“Lanthanides: Fundamentals and Applications”。先后主持国家重点研发计划、科技部973计划课题、863计划前沿探索、国家自然科学基金重大研究计划、重点基金、国际合作和省部级科研项目20余项，1999年获得教育部首届优秀青年教师教学科研奖励计划的资助，2004年获得国家杰出青年基金资助，2007年入选新世纪百千万人才工程国家级人选。2014-2022年连续入选Elsevier统计的中国高被引用学者（Chinese Most Cited Researchers）榜单。作为第一完成人于2001、2008和2017年三次获得天津市自然科学一等奖和1999年教育部首届优秀青年教师奖，参与完成的项目获得2003年度国家自然科学奖二等奖。指导的博士生获得2006年全国优秀博士学位论文。

李博 博士

南开大学

李博，南开大学化学学院师资博士后。本硕均毕业于兰州大学，2018年于南开大学获得博士学位，导师程鹏教授。目前主要从事MOFs复合材料的设计合成及其在能源环境催化中的应用研究。

李嘉禾 硕士在读

南开大学

第一作者：李嘉禾，本科毕业于东北师范大学，于2022年攻读南开大学化学学院硕士学位，师从马建功教授。目前主要从事MOFs复合材料的设计合成及其在能源环境催化中的应用研究。