开放框架材料（OFM），例如金属有机框架和共价有机框架，已经成为解决全球能源危机和环境问题的有希望的电催化剂。粉末状非薄膜形式，即块状OFM对电催化二氧化碳还原，水分解和氧还原反应显示出优异的催化活性。然而，尽管早期的性能有望实现，但使用块状固体的电极制备却遇到了许多经常遇到的困难，主要受到控制其厚度，粗糙度和粒径方面的挑战的限制。以能源可持续性为目标，将OFMs以薄膜的形式直接集成到导电衬底上是一个越来越受关注的问题。本质上，这导致了具有可控特征的电催化剂：厚度，粗糙度和粒径。迄今为止，仅开发了少数用于电催化的OFM薄膜。对这些尚未被研究的OFM薄膜进行电催化的探索仍处于起步阶段。
有鉴于此，慕尼黑工业大学 Roland A. Fischer教授和中国科学院福建物质结构研究所曹荣研究员等人，综述了作为电催化剂的OFM薄膜的关键发现，并在模拟现实应用的条件下，探索用于电催化的OFM薄膜的优势，挑战和未来目标。
本文要点
1）对可再生能源的需求以及对环境的日益关注，要求开发能够实现绿色能源转换反应的新一代催化剂。总结了对可能在导电衬底上维持OFM薄膜的制造方法的全面分析，一些OFM薄膜已被证明是多功能电催化剂，特别是在二氧化碳还原、水分解和ORR方面。大多数OFM薄膜的电催化性能都来自于结构新颖的框架。然而，为了证明在电催化过程中的适用性，对OFM膜组件关于其电荷传输机理以及在各种电解质中的稳定性的系统性机理研究仍然是至关重要的。
2）为了将OFM作为薄膜集成到导电基板上，已经付出了巨大的努力。得益于这些导电基底，所制备的OFM薄膜可直接在电场下使用，特别是用于电催化。OFM薄膜为电催化研究做出了有价值的贡献。特别是基于钴卟啉的OFM薄膜，在CO2电化学还原和OER方面得到了很好的发展。将具有电催化活性位点的分子组装到结构明确且高度有序的框架中，不仅避免了卟啉的聚集，而且还促进了OFM膜暴露出更多的活性位点。此外，OFMs的永久孔隙率提供了针对特定客体分子的选择性转化。这一内在特性也使其能够封装具有更好催化倾向的高活性纳米颗粒。相对成熟的OFM薄膜沉积方法证明了将高活性的纳米粒子封装到孔中是切实可行的。扩散限制仍然是在催化介质中转运被吸附的客体分子(即二氧化碳和/或水)，以及在使用狭窄框架时解吸中间体/产物的严重障碍。在这方面，超薄的OFM薄膜可以找到效用。此外，导电OFM薄膜还有待进一步的改进。
参考文献：
Weijin Li et al. Open Framework Material Based Thin Films: Electrochemical Catalysis and State‐of‐the‐art Technologies. Advanced Energy Materials, 2021.
DOI: 10.1002/aenm.202003499
https://doi.org/10.1002/aenm.202003499
