金属有机框架与共价有机框架及其衍生物在能源与环境应用中的前沿进展

本文系统综述了金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)及其衍生物在CO2还原反应(CO2RR)、氧还原反应(ORR)、析氢反应(HER)等能源转化及污染物治理中的应用，揭示了其结构-活性关系，为解决清洁能源开发和环境修复提供了新材料策略，对实现"双碳"目标具有重要意义。

　　

随着化石燃料过度使用导致的能源危机和环境问题日益严峻，开发新型清洁能源和污染治理技术成为全球关注焦点。金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)作为新兴多孔晶体材料，凭借其高比表面积、可调孔隙结构和丰富活性位点，在能源转换与环境修复领域展现出巨大潜力。然而，如何通过精准设计提升其导电性、稳定性及催化效率，仍是当前研究的核心挑战。

广东石油化工学院与华北电力大学等机构的研究团队在《The Innovation》发表综述，全面总结了MOFs、COFs及其衍生物在能源与环境领域的最新应用进展。研究通过溶剂热合成、热解衍生化、原位表征等技术手段，系统分析了这些材料在CO₂RR、ORR、HER等电催化反应中的性能优化策略。

在CO₂RR应用中，Cu基MOFs通过卤素修饰实现CH₄选择性达57.2%，而Co-TTCOF等COFs材料通过金属卟啉活性中心获得99.7%的CO选择性。ORR研究显示，MOF衍生的Fe单原子催化剂在酸性条件下半波电位达0.81 V，优于商业Pt/C催化剂。对于HER，NiRu-MOF纳米管在碱性条件下仅需13 mV过电位即可达到10 mA cm^-2电流密度。环境治理方面，SCU-8等MOFs对ReO₄^-的去除效率达80%，而TPB-DMTP-COF通过巯基功能化实现对Hg(II) 99.98%的捕获。

关键技术方法包括：溶剂热法构建MOFs/COFs晶体结构，高温热解制备金属-氮-碳(M-N-C)衍生物，电化学测试评估催化性能，以及X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析活性位点。研究特别关注了材料结构缺陷工程、金属中心配位环境调控等优化策略。

结论部分强调，通过配体功能化、杂原子掺杂和异质结构建等手段，可显著提升MOFs/COFs的催化活性和稳定性。该综述为设计高效能源转化材料和环境修复剂提供了理论指导，推动多孔框架材料从实验室研究向工业化应用迈进。值得注意的是，未来研究需解决材料规模化制备、机理原位解析等关键问题，以充分发挥这类材料在实现碳中和目标中的战略价值。