北理工在二維共軛MOFs材料的設計合成及高效電催化二氧化碳還原領域取得進展


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HATNA-Cu-MOF的二氧化碳轉化性能

全球氣候變化是人類面臨的重大生存挑戰。隨著石化資源的普遍使用,大氣層中的二氧化碳濃度已經由工業革命之前的278 ppm快速增長至420 ppm,給全球環境帶來了深刻影響。盡管我國二氧化碳排放已經出現下降趨勢,但年總體排放量仍接近全球排放的三分之一。為此,我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和” 的國家自主貢獻新舉措?!白龊锰歼_峰、碳中和工作”是我國“十四五”期間的重點任務之一。碳中和是指到2060年,采取各種途徑使得排放的二氧化碳全部抵消。利用可再生的清潔能源,通過化學方法實現二氧化碳的捕獲與轉化是一種極富潛力的途徑。

日前,北京理工大學前沿交叉科學研究院李鵬飛特別副研究員與化學化工學院王博教授合作,設計并合成了基于六氮雜三萘撐(HATNA-6OH)結構單元的新型二維銅基共軛MOFs材料。通過合理設計反應條件,選擇性地利用HATNA-6OH配體中的鄰苯二酚單元與金屬銅離子進行配位,得到了具有CuO4配位中心的二維共軛HATNA-Cu-MOF。

由于HATNA-Cu-MOF表現出較強的二氧化碳吸附能力和良好的導電性,他們探索了HATNA-Cu-MOF的電催化二氧化碳還原性能。研究結果表明HATNA-Cu-MOF表現出高的二氧化碳還原產生甲烷的選擇性,其法拉第效率高達78%。另外,HATNA-Cu-MOF具有良好的穩定性,其二氧化碳還原電流密度和選擇性在長達12 小時的電催化過程中未發生明顯的衰減。

該工作不但拓展了二維MOFs的配體類型,同時還發展了配位模式調控的策略。所提出的二維MOFs催化劑設計理念為提升電催化二氧化碳還原的選擇性和穩定性提供了新的思路。

上述研究成果得到了國家自然科學基金和北京理工大學的支持。北理工前沿院博士生劉艷則為第一作者,李鵬飛特別副研究員與王博教授為共同通訊作者,北理工為第一通訊單位。

論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202105966


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