【COF催化CO2RR】：共价有机框架上的耐氧二氧化碳电还原反应，通过光开关控制氧通透封禁策略

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摘要：
中科院黄远标&曹荣老师报道的这篇文章中（Nat Commun 15, 1479）研究了利用光开关单元1,2-双(5’-甲酰-2’-甲基噻吩-3’-基)环戊烯（DAE）集成到钴卟啉基共价有机框架中，以实现在含氧环境下高效的二氧化碳电催化反应。通过在紫外/可见光照射下，DAE结构的开合调控可以可逆地调节氧气活化能力和电子导电性。实验证明，基于DAE的COF在类似燃煤烟气的含氧环境中具有高CO的法拉第效率和部分电流密度。通过合并二氧化碳和氧气的共处理，实现了有效的CO2电还原性能。

研究背景：
1）过去的CO2RR研究大多基于纯CO2流，需要额外的气体分离系统和额外能量消耗。
2）本文提出了一种在含氧环境下实现高效CO2RR的方法，通过引入DAE分子开关来抑制氧气还原反应，设计了具有光切换性能的COF催化剂。

实验部分：
1）作者将DAE结构整合到钴卟啉基COF中，通过UV照射实现DAE分子的开合转变，研究其对CO2RR的影响。
2）通过N2吸附、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等测试，得出了COF的结构特征和物理性质。
3）在CO2RR实验中，close-DAE-BPy-CoPor表现出优异的CO选择性和部分电流密度。close-DAE-BPy-CoPor在含氧环境下实现了高CO选择性和电流密度，显示出优越的CO2RR性能。

分析测试：
1）分析测试项目：N2吸附、X射线衍射、固态核磁共振、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等。
2）分析测试结果：close-DAE-BPy-CoPor具有较高的比表面积、较大的孔径、优异的电导率等特性。
3）DFT计算和反应机理研究分析表明，close-DAE-BPy-CoPor具有更低的氧气活化能力和更强的电子传输能力。

总结：
本文成功实现了含氧环境下的高效CO2RR，通过光切换单元控制了氧气活化，提高了CO选择性和部分电流密度。

展望：
未来的研究可以进一步优化材料结构和光开关单元，提高CO2RR的效率和稳定性，以实现更广泛的应用。为实现在真实含氧环境下高效的CO2RR提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步完善材料设计和机理探究，推动这一领域的发展。

Oxygen-tolerant CO2 electroreduction over covalent organic frameworks via photoswitching control oxygen passivation strategy
文章作者：Hong-Jing Zhu, Duan-Hui Si, Hui Guo, Ziao Chen, Rong Cao & Yuan-Biao Huang
DOI：10.1038/s41467-024-45959-9
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45959-9