兰亚乾：水中绿色合成双功能酞菁-卟啉COFs并成功用于电催化CO2还原耦合甲醇氧化

tianliang

近日，我院兰亚乾教授团队在顶级综合期刊National Science Review《国家科学评论》上发表了最新研究进展（论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad226），首次报道了水中绿色合成双功能酞菁-卟啉COFs并成功用于电催化CO2还原耦合甲醇氧化。论文以“Green synthesis of bifunctional phthalocyanine-porphyrin COFs in water for efficient electrocatalytic CO2 reduction coupled with methanol oxidation.”为题。张蜜副教授为第一作者，兰亚乾教授为通讯作者，我校为唯一完成单位。
        在光电催化领域，金属酞菁与卟啉分子由于表现出多种催化活性而被广泛研究。然而，如何将金属酞菁与卟啉两种功能分子有效结合，实现两者功能的耦合而进一步用于串联催化反应是一个巨大挑战。已有报道将酞菁与卟啉分子进行共价偶联形成功能有机分子，但均不可避免使用有毒溶剂来进行合成反应。另一方面，在电催化能源转化中，电催化CO2还原结合有机氧化是生产高附加值化学品和提高能源效率的一种有前途的策略。然而，由于缺乏合适的电催化剂，实现有效的氧化还原偶联反应仍然具有挑战性。为解决以上问题，此工作首次发展了在纯水相中的绿色水热合成法将金属酞菁与卟啉共价组装合成聚酰亚胺连接的共价有机框架材料NiPc-2HPor COF，并且通过进一步金属后修饰合成了氧化还原双功能NiPc-NiPor COF，为晶态双功能COFs异相催化剂的设计合成打开了新的视野。更重要的是，由于NiPc-NiPor COF的高导电性和明确定义的双活性位点，在双活性位点的协同作用下，所合成的酞菁-卟啉COFs实现了同时高效CO2还原与甲醇氧化反应，且在低电压(2.1 V)下具有显著的长期稳定性。此外，原位红外实验证据和密度泛函理论(DFT)计算表明，ECR过程主要在NiPor的辅助下在NiPc单元上进行，而MOR更倾向于NiPor与NiPc的结合。NiPc-NiPor COF的两个单元协同促进耦合氧化还原反应。这一工作首次实现了绿色化学合成耦合多相催化的双功能COFs的合理设计，为晶体材料多功能催化剂开辟了新的视野。

图1. 聚酰亚胺连接的金属酞菁-卟啉基COFs用于CO2还原与甲醇氧化反应

          National Science Review（国家科学评论，NSR）创刊于2014年，是由中国科学院主管、科学出版社主办的综合性英文学术期刊，致力于全方位、多角度报道中外自然科学各领域的重要成就。该杂志涵盖了自然科学的所有领域，包括物理和数学、化学、生命科学、地球科学、材料科学和信息科学。基于科睿唯安2023年度发布的期刊引证报告（Journal Citation Reports，JCR），NSR 的最新影响因子为20.6，位列全球多学科综合类期刊的第4名（5%，Q1），位于中科院分区综合性期刊1区。
       文章来源：华南师范大学
        兰亚乾,华南师范大学二级教授、博士生导师，教育部工程研究中心主任，英国皇家化学学会会士。2009年获东北师范大学物理化学博士学位，2010-2012年日本学术振兴会(JSPS)博士后，日本产业技术综合研究所（AIST）关西中心外国人特别研究员。独立工作后获国家级高层次人才、国家优秀青年科学基金、江苏省“双创团队”领军人才、江苏省杰出青年基金等。曾获中国光化学-泊菲莱优秀青年科学家奖、吉林省自然科学奖等奖励。现担任中国化学快报（CCL）副主编，Natl. Sci. Rev.学科编辑组成员，Inorganic Chemistry、EnergyChem、Scientific Reports、《结构化学》等期刊编委和顾问编委。主要从事配位化学研究，致力于晶态材料在能源领域的应用探索。近五年来以通讯作者在Nat. Commun.， J. Am. Chem. Soc.， Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表通讯作者论文180余篇。论文被他引18000多次，ESI高引论文25篇，H-index 71，2020、2021年度科睿唯安“高被引科学家”（化学）。