武汉大学彭天右教授团队《AM》：卟啉酞菁COFs电催化CO₂还原

共价有机框架(COFs)作为一种可设计性强的新型有机多孔材料，已被应用于CO2还原反应(CO2RR)的电催化剂。除调节孔径之外，在COFs中引入富电子的构建基团也有利于催化过程，如引入富电子共轭结构的卟啉、酞菁可形成更大的共轭体系，从而在电催化和光催化领域具有广泛的应用前景。

近日，武汉大学彭天右教授、李仁杰副教授课题组以酸酐化的八羧基酞菁钴(II) (CoTAPc)为节点，以5,15-二(4-氨基苯基)-10,20-二苯基卟啉(DAPor)或5,10,15,20-四(4-氨基苯基)-卟啉(TAPor)为连接单元，通过亚胺化反应，首次合成了具有不同共轭结构和孔径的新型酞菁-卟啉偶联的1:2型(CoPc-2H2Por)或1:1型(CoPc-H2Por)共价有机框架材料(COFs)。

随后，该课题组系统研究了两种COFs的电催化CO2RR性能。结果表明，它们的催化活性均优于CoPc单体，这归因于这两种COFs能够暴露出更多的活性位点以及钴中心的富电子环境。

此外，CoPc-2H2Por的电流密度和过电位都优于CoPc-H2Por。电化学测试结果也表明，CoPc-2H2Por的电化学活性面积更小，但反应动力学和电荷转移较CoPc-H2Por更优，因此CoPc-2H2Por的本征活性更高，这可能是因其具有更大的孔径所致。此外，长效稳定性测试结果表明该共价有机框架结构具有良好的稳定性。理论计算结果也揭示了两种COFs对CO2的吸附能力存在差异。该研究为基于COFs的电催化剂的结构设计提供了新的思路，揭示了电催化剂的孔结构在CO2还原反应中的重要作用。

参考文献：
Junjie Yuan, Shengtao Chen, Yanyan Zhang,Renjie Li*, Jing Zhang, andTianyou Peng*, Structural Regulation of Coupled Phthalocyanine-Porphyrin Covalent Organic Frameworks to Highly Active and Selective Electrocatalytic CO2 Reduction, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202203139

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203139

来源：高分子科学前沿

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