化学学院陈宜法、兰亚乾教授团队在国际顶级期刊《Advanced materials》上发表重要研究成果

化学学院陈宜法、兰亚乾教授团队在国际顶级期刊《Advanced materials》上发表重要研究成果 | 摄影:化学学院

近期，学校化学学院教授陈宜法和兰亚乾在共价有机框架（COFs）和金属有机框架（MOFs）基杂化电催化剂设计合成及其在CO2电催化还原领域取得了重要研究进展，相关成果在材料学顶级期刊《Advanced materials》上发表题为“Honeycomb-like Porous Crystalline Hetero-electrocatalyst for Efficient Electrocatalytic CO2 Reduction”的研究论文（Advanced Materials, 2022, DOI: 10.1002/adma.202206706）。学校是该论文的第一完成单位，论文第一作者为学校2022级博士生杨伊璐，陈宜法教授为通讯作者。该研究受到了国家自然科学基金项目的支持。

COFs与MOFs作为两种新型多孔晶态材料，近年来在全世界范围内得到广泛的关注和研究。尽管两者之间存在着许多共同点，但两者之间在结构和功能性上仍存在着明显的差异，并且各自都有自身的不足之处。将两者结合有可能能够在结合自身优势的同时在电催化等应用中形成协同催化效应以克服各自的不足。近年来已有不少MOFs和COFs杂化材料的文献报道，为这类材料的合成和应用开拓了广阔的前沿应用领域。但是，已有的文献报道中通常都是MOFs和COFs以核壳或异质结构的形式进行简单结合，存在着内部成分包裹、活性位点暴露少、界面效应或协同作用机理研究不足等问题。此外，MOF@COF杂化材料在电催化CO2RR中的应用还较少有文献报道，因此探索活性位点充分暴露的MOF@COF杂化材料以实现CO2电催化还原反应产高附加值产物具有重要的价值和意义。

该工作中，研究人员选择蜂窝状的多孔MOF为模板，通过外延生长策略在其表面生长纳米级厚度的超薄COF层，制备得到了一系列具有蜂窝状形貌的多孔晶态杂化电催化剂MCH-X（X = 1-4）。研究人员进一步对这类多孔晶态杂化材料的CO2电催化还原性能进行研究，MCH-3在-1.0 V下的FECH4为76.7%，电流密度为-398.1 mA cm-2，优于HMUiO-66-NH2（15.9%, -187.8 mA cm-2）和COF-366-OH-Cu (37.5%, -374.4 mA cm-2），这证明了MCH-3具有的蜂窝状异质结构在CO2电催化还原中的优势。通过这种多孔MOF模板上生长超薄COF层的策略合成的异质结构具有独特的蜂窝状形貌、充分暴露的活性位点和丰富的开放通道，能够高效地吸附和活化CO2产CH4，为多孔晶态杂化材料在高效CO2电催化还原反应中的应用提供了参考。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202206706

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