对于工业应用而言，CO₂还原反应（CO₂RR）被认为是一种实用且具有潜在价值的清洁可再生能源生产方法，其甚至可以在室温和环境压力下进行。考虑到高热力学稳定性、CO₂分子的低电子亲和性以及在形成所需产物中的竞争性析氢副反应，迫切需要开发用于CO₂RR的高选择性和高效的催化剂。

近日，美国北得克萨斯大学马胜前教授报道了结合多金属氧酸盐（POMs）和卟啉基MOFs的单金属Co催化位点的优势，采用后处理方法合成了一系列混合价POM基MOFs复合材料POM@PCN-222(M)（POM = [Co^IIICo^II(H₂O)W₁₁O₃₉]⁷⁻, M  =  Co, Fe, Mn和 Ni）。

文章要点

1）研究发现，POM@PCN-222(Co)的电催化活性得到了显著提高，这得益于POM向PCN-222(Co)中单金属Co位点的定向电子转移，促进了多电子转移过程。尤其是H-POM@PCN-222(Co)能够选择性地将CO₂转化为CO，其法拉第效率高达96.2%，稳定时间超过10 h。

2）密度泛函理论（DFT）计算结果显示，定向电子转移加速了多电子从电极到活性单金属Co位点的转移，丰富了Co位点的电子密度，最终降低了速率决定步骤的能垒，从而提高了CO₂还原反应（CO₂RR）的催化活性。

这项工作为设计高效的CO₂RR电催化剂提供了一些新的思路。

参考文献

Ming-Liang Sun, et al, Efficient Electron Transfer from Electron-Sponge Polyoxometalate to Single-Metal Site Metal–Organic Frameworks for Highly Selective Electroreduction  of Carbon Dioxide, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202100762

https://doi.org/10.1002/smll.202100762