图1. 晶态多孔框架催化CO₂转化示意图

利用热催化、电催化和光催化方式转化CO₂能够降低空气中CO₂浓度并生成高附加值化学品，是实现CO₂资源化利用的重要途径。晶态多孔金属有机骨架（MOFs）和共价有机骨架（COFs）因其具有组成结构明确、比表面积大、CO₂吸附能力强、活性位点可调等优点，近年来被广泛用于高效热、电和光催化CO₂转化，并成为催化领域的热门课题之一。

近日，中科院福建物构所曹荣课题组系统总结了该团队在利用MOFs和COFs进行热催化、电催化和光催化CO₂转化方面的工作，揭示了MOFs/COFs用于CO₂催化转化的构效关系。在热催化方面，首先介绍了一种具有永久孔隙度和流动性的咪唑鎓盐功能化的多孔MOF液体作为CO₂储存器，并将其转化为环状碳酸酯的工作。其次，提出通过网络化学和后合成修饰（PSM）的方法制备了咪唑鎓盐功能化的MOFs催化剂用于热催化CO₂环加成合成环状碳酸酯，避免了TBAB等助催化剂的使用，从而简化繁琐而昂贵的纯化过程。在电催化方面，详细阐述了一系列具有快速电子传输能力的二维导电MOF和COF材料的优势和发展前景。主要是利用全π共轭的酞菁构筑单元制备具有优异电子传递能力的本征二维MOFs和COFs纳米片，同时也将具有强电子转移能力的单体整合到金属卟啉基COF框架中，用于高效电催化CO₂还原为CO。这些材料具有优异的电流密度，优于已有报道的传统MOF和COF催化剂。另外Cu₂O量子点和Cu纳米颗粒（NPs）可以均匀分散在多孔导电MOF/COF上，得到协同或者串联催化剂，以高选择性催化CO₂还原为CH₄或C₂H₄。在光催化CO₂还原方面，系统描述了在促进CO₂光催化过程中的电子-空穴分离方面所做的努力。重点集中在MOF中配位球的调节，MOF异质结的构筑以及MOF薄膜的工程设计，以促进光催化CO₂的还原。最后，本文讨论了目前MOFs和COFs在CO₂转化研究中的存在问题，并针对如何制备高效的CO₂吸附和转化的多孔催化剂提出了一定的建议。

相关结果近期在线发表于美国化学会Accounts of Chemical Research . 2022, 55, 2978综述期刊上，文章第一作者为中国科学院大学博士研究生巫秋金，曹荣研究员和黄远标研究员为共同通讯作者。

近年来该团队致力于设计多孔框架材料应用于CO₂研究，取得了一系列进展（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215687; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202207478; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17108; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20915; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 25485; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23641; Natl. Sci. Rev. 2022, 9, nwab157；Chem. Sci. 2017, 8, 1570）。

标题：Thermo-, Electro-, and Photocatalytic CO₂ Conversion to Value-Added Products over Porous Metal/Covalent Organic Frameworks

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.accounts.2c00326

(曹荣课题组供稿）