陈小明院士/廖培钦Angew：MOF助力捕获CO2并电还原

将烟气中的CO₂捕获能力和电化学CO₂还原反应（eCO₂RR）活性位点整合到催化剂中是一种有效的碳中和策略，但难度很大。结合混合气体突破实验和eCO₂RR实验，中山大学陈小明院士和廖培钦教授等人报道了基于Ag₁₂团簇的金属-有机骨架（1-NH₂，又名Ag₁₂bpy-NH₂），同时具有CO₂捕获位点作为“CO₂中继”和eCO₂RR活性位点，不仅利用其微孔高效捕获模拟烟气中的CO₂，还可以将吸附的CO₂的eCO₂RR催化成CO，其CO₂转化率高达60%。

在模拟烟气下，其eCO₂RR性能（在极低的电池电压-2.3 V下，商用电流密度为120 mA cm^-2，300 h的法拉第效率（FE_CO）为96%，全电池能量转换效率为56%），接近100% CO₂气氛下的eCO₂RR性能，高于所有报道的在100% CO₂气氛下的高电位催化剂的eCO₂RR性能。

通过operando ATR-FTIR，作者研究了电解过程中产生的中间体。对于1-NH₂，随着电解时间的增加，在2330和2360 cm^-1处出现了两条较弱的谱带，可归属于气态CO₂。同时，在1172和1396 cm^-1处的两个吸收峰可分配给关键中间体*COOH，对于还原CO₂生成CO至关重要。

对于1和1-CH₃，1396 cm^-1处的波段强度随着电解时间的增加而增加，表明*COOH中间体的形成。结果表明，三种催化剂催化的eCO₂RR所涉及的关键中间体相同。

通过DFT计算，作者揭示了CO₂向*COOH和*CO中间体的转变。*COOH和*CO中间体对1，1-CH₃和1-NH₂的吸附能几乎相同，说明这些MOFs中eCO₂RR活性位点的活性相同。这些MOFs具有相同的催化活性位点Ag₁₂，并且1-NH₂中胺基与*COOH中间体之间的距离过长，难以形成有效的氢键。因此，1-NH₂的eCO₂RR性能远好于1和1-CH₃，应该与eCO₂RR能否大量发生在孔表面有关，而不是与eCO₂RR活性位点的催化活性有关。

Simultaneous Capture of CO₂ Boosting Its Electroreduction in the Micropores of a Metal-organic Framework. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202311265.