对现代社会来说，二氧化碳浓度的不断增加令人担忧，而将 CO₂ 还原为有价值的产品是唯一的解决方案。金属-有机框架(metal -organic frameworks, MOFs)是由有机连接体与金属（氧化物）节点相互连接构成的具有高孔隙率和大表面积的新型CO₂电催化材料。

有鉴于此，中国科技大学江海龙教授等人，综述了近年来 MOF基电催化剂的研究进展，总结了近年来提高MOF基电催化剂性能的策略，并对其构效关系进行了讨论，为新型催化剂的合理设计提供了一条全面的途径。此外，重点综述了近年来在结构调控、电子结构调控和提高单原子活性位点密度方面的研究进展。此外，还讨论了其存在的不足，并提出了今后的发展方向。

本文要点

1）金属有机骨架材料(MOFs)作为一种有潜力的替代传统催化剂的材料正在迅速发展。其中，MOFs也被认为是电催化二氧化碳的潜在候选者。CO₂可以转化为各种有用的产物，但催化剂对特定产物的选择性和活性主要取决于催化剂中活性位点的性质。在MOF中，金属中心通常被认为是催化活性位点，配体促进了转化过程。通过使用各种策略，例如调整/改变配体、封装活性金属中心和/或修改电子结构，可以进一步提高原始 MOF 的催化性能。MOFs的多孔结构有利于质量传输，具有分散金属节点的高表面积可以提供更多的活性位点。

2）即使基于 MOF 的电催化剂在 CO₂RR 性能方面有了惊人的改进，但实际应用仍然存在一些挑战。微孔结构所固有的有限导电性、化学稳定性和较短的质量渗透率，阻碍了MOFs的商业应用。导电性和稳定性是 MOF 的严重问题，特别是 CO₂RR 中常用的非常负的电位，比 MOF 制备中使用的许多金属的还原电位更负。通过还原MOFs制备的金属纳米颗粒可作为CO₂RR的电催化剂。因此，基于 MOF 的催化剂的稳定性是一个需要解决的关键问题。一个简单的方法是将 MOF 转化为稳定且导电的材料，该材料具有 MOF 的特征，例如多孔结构、高表面积和完全分散的金属活性位点。目前，MOFs的转化主要有两种策略，即电转化和热转化，后者是一种更具吸引力和广泛使用的技术。 MOF 衍生的催化剂因其高传质能力（多孔结构）、广泛分散的活性位点（高表面积）和导电性（杂原子掺杂的碳）而在电催化方面受到更多关注。基于结构和功能特性，MOF 衍生的电催化剂可称为金属氧化物、碳载体上的金属纳米颗粒、金属配位的 N 掺杂碳（如 SAC）、无金属电催化剂和纳米复合材料。

3）尽管用于电催化 CO₂RR 的 MOF 基/衍生材料取得了吸引人的发展，但将 MOF 用于 CO₂RR 仍然存在挑战，包括但不限于：（a）对于原始 MOFs，应仔细评估导电性和稳定性，并建立适当的策略来保证这些因素。（b）MOF-复合材料与其他结晶多孔材料包括 MOF-MOF 和 MOF-COF 复合材料用于电催化还原 CO₂ 可能具有巨大的潜力。（c）大部分研究的催化剂尚未商业化，但前驱体的高成本也是一个障碍。（d）MOF 衍生的催化剂表现出很强的构效关系，配位气氛以及活性位点（通常是金属）的配位数对催化剂的性能有显着影响。其中，具有单原子活性位点的金属配位氮掺杂碳被认为是更好的 CO₂RR 催化剂。（e）高负载的金属含量并不能保证高性能，可能大量金属原子被包裹在碳材料中，反应物种的可用性很低。因此，SACs的催化活性主要与附着在可用表面的金属原子有关。单个孤立金属原子的高表面能也对SACs的稳定性提出了主要挑战。（f）大多数用于 CO₂RR 的 MOF 衍生催化剂仅限于 ZIF-8，或一些简单的 MOF。其他 MOF 应用于进一步探索 MOF 衍生电催化剂的潜力。

参考文献：

Syed Shoaib Ahmad Shah, et al. Metal-Organic Framework-based Electrocatalysts for CO₂ Reduction. Small Structures, 2021.

DOI: 10.1002/sstr.202100090

https://doi.org/10.1002/sstr.202100090