近年来，利用电化学还原的方法，将CO2分子转化为各种高附加值产物（比如CO, CH4, C2H4, C2H5OH等）得到越来越多研究者的关注。在CO2电还原的产物中，甲烷（CH4）是天然气的主要成分和重要的工业原料，还可以作为燃料电池的原料，具有重要的实用价值。但是由于从CO2到CH4，需要经过八电子转移过程，反应路径长，动力学速率缓慢，导致目前还难以实现很高的CH4选择性和电流密度。如何设计高效的催化剂实现从CO2到CH4的高选择性转化是一个挑战。

近日，中科院福建物构所结构化学国家重点实验室曹荣和黄远标团队，和柴国良研究员合作，在科技部重点研发专项计划、国家自然科学基金项目、中科院战略性先导科技专项、前沿科学重点研究项目、中科院青促会优秀会员项目资助下，在含有周期性排列的Cu-O4结点的导电Cu-MOF上通过电还原处理，成功在导电MOF基底上原位构筑了均匀分布的单一类型的Cu2O(111)量子点，并通过释放的羟基稳定中间体，从而实现了将CO2高效的转化为CH4，选择性最高达73%。通过导电性测试，证实电化学处理前后的材料均具有优秀的导电性，可以加速电子的转移过程，从而让CO2到CH4的8电子转移路径能够畅通运转。通过设计对照实验结合理论计算分析，证明氢键的形成确实能很好地稳定特定的中间产物，从而显著提高CH4的选择性。

该工作揭示了氢键的引入在CO2电还原过程中的重要作用，同时也证明设计单一活性位点可以有效提高特定产物的选择性，为后续设计合成催化剂，实现特定产物的高选择性，提供了新的思路。这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23641–23648上（VIP文章），并被选为卷首插画。文章共同第一作者为伊俊东博士后和解瑞宽博士后。

此外，该团队近期在导电COF材料上电催化CO2还原取得了系列进展，极大的提高了电流密度，如在卟啉基COF上引入四硫富瓦烯(ACS Energy Lett. 2020, 5, 1005)，D-A异质结结构（Small 2020, 2004933, ），完全共轭平面酞菁结构（Small 2020, 2005254）。设计三嗪卟啉基框架(CCS Chem. 2019, 1, 384)和N掺杂碳纳米管(Appl. Cataly. B: Environment. 2020, 271, 118929)稳定单分散活性中心，提高稳定性。

来源：福建物构所

论文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010601