金属有机框架(metal–organic framework,MOF)具有确定的孔表面结构,在吸附、催化等领域受到广泛关注。目前已报道一些Cu(II)基MOF用于CO2RR,但大多Cu(II)基MOF在CO2RR中不稳定,完全或部分转化为无机物。考虑到在CO2RR过程中,Cu(II)其实需要转化为Cu(I),但两种价态的铜配位模式差异很大,直接采用Cu(I)基MOF作为CO2RR电催化剂或许是更好的选择。
中山大学陈小明教授和张杰鹏教授等人曾报道合成一例经典的柔性Cu(I)基MOF,[Cu(detz)] (MAF-2或MAF-2E, Hdetz = 3,5-diethyl-1,2,4-triazole),并应用于气体吸附/存储、分离、传感等(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5495; J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6010; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 5516; Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 16021; Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 5866)。其实,结构中三配位的Cu(I)被两个配体桥连形成两面都暴露的双核铜位点(Cu…Cu距离为3.4 Å),理论上,这有利于CO2RR中的C–C耦合,并提升C2烃类产物的选择性。

在0.1 M KHCO3电解液中,作者测试了三个同网络的MAF-2ME (侧基为甲基和乙基)、MAF-2E(侧基为乙基)和MAF-2P(侧基为丙基)的CO2RR性能。结果表明,总的气体产物法拉第效率(FE)高达95%,其中MAF-2ME/MAF-2E表现出乙烯选择性(FE高达51%),MAF-2P表现出甲烷选择性(FE高达56%),在已报道的MOF催化剂中,性能属于最好之一。更重要的是,三个催化剂的结构和形貌在催化前后均未发生明显变化,并无含铜的无机物产生,而且均具有不错的催化稳定性。



Lin-Ling Zhuo,Pin Chen,Kai Zheng,Xue-Wen Zhang,Jun-Xi Wu,Duo-Yu Lin,Si-Yang Liu,Zhi-Shuo Wang,Jin-Yu Liu,Dr. Dong-Dong Zhou,Prof. Jie-Peng Zhang
文章的第一作者是中山大学的硕士研究生卓琳玲和博士生陈品。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202204967







