人们对于发展具有优异光热催化功能的光热耦合催化反应非常感兴趣，这种光热耦合催化反应可能显著的提高电化学CO­­₂还原反应的能量转换效率、氧化还原产物。有鉴于此，华南师范大学/南京师范大学兰亚乾等报道设计并制备一种双功能的COF材料，Ni-2CBpy²⁺-COF其中含有联吡啶鎓盐（viologen），这种COF能够用于光热辅助CO₂-甲醇共同电催化。

本文要点：

（1）

电催化性能。Ni-2CBpy²⁺-COF在1.9 V过电视进行电催化，阴极CO和阳极HCOOH的效率达到~100 %，将甲醇氧化替代阳极OER反应，能够节约~31.5 %的电能。

（2）

机理研究。DFT模拟计算CO₂电化学还原和甲醇氧化反应的能量变化情况，电化学CO­₂还原为CO的过程包括三个基元反应步骤，通过H⁺/e^-生成*COOH和*CO，以及CO脱附。DFT计算结果显示，Ni-2CBpy²⁺-COF在CO₂还原反应的决速步骤是生成*COOH，该步骤的ΔG=1.07 eV。该反应过程中，甲醇氧化为HCOOH的反应步骤为*CH₃OH→*CH₃O→*CH₂O→*CHO→*HCOOH，其中ΔG>0的基元步骤包括*CH₃OH→*CH₃O和*CH₂O→*CHO，其中生成*CH₃O的过程ΔG=0.3 eV是决速步骤。

表征和DFT计算模拟发现，这种优异的电催化性能归因于Ni-2CBpy²⁺-COF中的联吡啶鎓盐的循环功能，有效的增强光热效应（ΔT=49.1 ℃），能够加快催化剂和中间体之间的电荷转移，提高催化反应的目标产物选择性。

参考文献

Yi-Rong Wang, Hui-Min Ding, Sheng-Nan Sun, Jing-Wen Shi, Yi-Lu Yang, Qi Li, Yifa Chen, Shun-Li Li, Ya-Qian Lan, Light, Heat and Electricity Integrated Energy Conversion System: Photothermal-assisted Co-electrolysis of CO₂ and Methanol, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202212162

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202212162