利用可再生电能将CO₂电催化转化为增值化学品是降低大气CO₂浓度、实现碳平衡的一条很有前途的途径。然而，低电流密度仍然限制了CO₂电还原反应（CO₂RR）的商业化。结晶型多孔金属有机骨架（MOFs）因其对CO₂的高吸附和孤立金属活性中心的周期性排列而成为一类很有前途的CO₂RR替代材料。然而，传统的MOF具有导电性差，电子传递能力慢等缺点，导致CO₂RR的电流密度较低。

近日，为了解决这些问题，中科院福建物构所曹荣研究员，黄远标研究员报道了将镍酞菁（Nipc）集成到一种多孔本征导电邻苯二酚镍连接的二维MOFs纳米薄片（Nipc-NiO₄）中，用于在水介质中高效地电催化CO₂RR生成CO。

文章要点

1）研究人员将酞菁镍-2,3,9,10,16,17,23,24-辛醇（NiPc-OH）和Ni(OAc)₂∙4H₂O在85 °C的水中反应24 h，合成了NiPc-NiO₄共轭2D CMOF。与传统的羧基MOF不同，由于镍节点和邻苯二酚之间存在较高的d-π轨道重叠度，这种CMOFs，Nipc-NiO₄具有良好的导电性。

2）实验结果显示，在-1.2 V（vs. RHE）下，Nipc-NiO₄纳米片对CO的选择性接近100%（98.4%），部分电流密度为34.5 mA·cm^-2，表现出优异的电催化性能。其周转频率（TOF）高达2603 h^-1，且具有良好的长期稳定性，经10 h计时电流法测试，CO选择性保持在86%。

3）密度泛函理论（DFT）计算结果显示，酞菁中心的Ni是CO₂RR催化活性中心，因此Nipc-NiO₄具有较快的电子转移能力和良好的还原性，表现出比Nipc-OH更好的活性，与实验结果相一致。

这项工作为设计导电结晶骨架以提高电催化的能量效率提供了机会。

参考文献

Jun-Dong Yi, et al, Conductive Two-Dimensional Phthalocyanine-based Metal-Organic Framework Nanosheets for Efficient Electroreduction of CO₂, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202104564

https://doi.org/10.1002/anie.202104564