曹荣、黄远标：二维导电MOF电催化CO2取得新进展

ouyyu

近年来，利用可再生能源产生的电能，将CO2电还原为各种高附加值化学品，是一条大有前景的实现碳平衡的路径，因而得到研究者的广泛关注。目前大多数催化剂是将前驱体经过高温裂解后，将得到的碳基材料应用于电催化中，但其存在活性成分复杂、分布不均匀、机理难研究的问题。金属-有机框架（MOFs）材料作为一类新型的晶态多孔材料，具有结构精确、二氧化碳吸附富集能力强的优点，是一类理想的CO2电还原材料。但是，由于大多数MOFs较差的导电性和结构稳定性，使得MOFs电催化CO2的效率仍然较低。

　　近日，中科院福建物构所结构化学国家重点实验室曹荣和黄远标团队，在科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、中科院战略性先导科技专项、中科院青促会优秀会员项目资助下，选用具有大环共轭结构的八羟基酞菁镍分子作为配体，通过溶剂热方法合成得到二维导电MOF。将其经过超声剥离后，得到超薄二维纳米片，厚度为1.65 nm左右。材料具有优良的本征导电性（4.8′ 10-5 S m-1）。将该MOF直接应用于CO2电还原测试体系中，CO选择性最高可达98.4%，CO部分电流密度最高可达34.5 mA cm-2，超过了目前报道的MOFs催化剂并可以媲美碳基单原子催化剂。同时其在较宽的电位区间内（-0.65 V ~ -1.1 V vs. RHE），催化剂均能实现90%以上的CO选择性。通过对比反应前后催化剂的基础物化表征，以及进行同步辐射X射线吸收谱拟合及小波变换，分析电催化过程中节点的配位模型变化过程，证明经过电催化过程后，MOFs结构仍然得到很好的保持，材料具有优秀的结构稳定性。
　　该工作表明晶态材料也可以实现高效的电催化活性和结构稳定性。同时，通过将具有高效催化活性的酞菁分子引入到多孔晶态材料中，在均相分子催化剂和异相多孔催化剂中间搭建了桥梁，为后续设计新型的晶态电催化材料，研究CO2电还原反应机理提供了新的思路。这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。文章第一作者为伊俊东博士后，理论计算由司端惠助理研究员完成。
　　近年来该团队致力于设计多孔导电框架材料（MOFs或COFs）及其衍生物应用于CO2电还原研究，已取得了一系列进展（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23641-23648; Sci. China Chem. 2021, DOI: 10.1007/s11426-021-1022-3；ACS Energy Lett. 2020, 5, 1005; ACS Materials Lett. 2021, 3, 454？461; Small 2020, 2004933; Small 2020, 2005254; CCS Chem. 2019, 1, 384; Appl. Cataly. B: Environment. 2020, 271, 118929）。
       论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202104564


       文章来源：福建物构所
       曹荣，男，1966年8月生于福建长汀。现为中国科学院福建物质结构研究所所长、研究员、博士生导师、学术委员会副主任、学位评定委员会副主任；结构化学国家重点实验室学术委员会委员；《中国化学》、《无机化学学报》、《结构化学》编委，1986年毕业于中国科学技术大学近代化学系，1989年获中国科学院福建物质结构研究所硕士学位，1993年获中国科学院福建物质结构研究所博士学位后分配在物构所工作，1994年7月晋升为副研究员，1998年2月晋升为研究员、11月获博士生导师资格，曾在香港理工大学应用生物及化学科技系做博士后、日本名古屋大学物质科学国际研究中心做日本学术振兴会（JSPS）特别研究员。2002入选中国科学院福建物质结构研究所“百人计划”，2003年获国家杰出青年基金，2004年获政府特殊津贴，2006年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选。曾获中国青年科技奖（2006年）、中国化学会青年化学奖（1998年）、福建省青年科技奖（1998年）、运盛（福建）青年科技奖（2003年），作为主要完成者获国家自然科学奖二等奖一次（2002年，排名第三），中国科学院自然科学奖一等奖一次（2001年，排名第三）、二等奖一次（2000年，排名第二），发表SCI论文170多篇，论文被他人引用超过1600次。主要研究领域为无机-有机杂化材料及超分子化学、纳米分子材料、有机-无机复合膜及介孔材料等。承担了国家973计划、国家杰出青年基金、中科院“百人计划”、国家自然科学基金重大项目、重点项目、面上项目、青年项目、省自然科学基金重点项目、中国科学院重要方向性项目等多项研究课题。
       黄远标，博士，中国科学院福建物质结构研究所研究员。2009年博士毕业于复旦大学。同年加入中科院福建物构所，任助理研究员；2011年12月被评为副研究员，2014年-2015年在日本产业技术综合研究所开展JSPS 研究，2017年被评为研究员。现为中科院福建物构所硕士生导师，中科院“青年创新促进会”入选者，中科院海西研究院“春苗”人才获得者。主持三项国家自然科学基金，重点参与一项973计划。目前主要从事多孔催化材料的研究，在国际专业期刊J. Am, Chem. Soc; Chem. Sci.; Chem. Soc. Rev.; J. Catal.、 JMCA、等发表50余篇SCI论文（其中第一或通讯作者论文22篇），被引用1100余次，H因子为21。