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综述:硫化物功能化金属有机框架在电催化二氧化碳还原和析氢反应中的研究进展及其生命周期评估
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年08月15日 来源:Coordination Chemistry Reviews 23.5
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这篇综述系统总结了硫化物功能化金属有机框架(MOFs)在电催化CO2还原反应(eCO2RR)和析氢反应(HER)中的最新突破,重点探讨了其可调控结构、活性位点优势及生命周期评估(LCA),为低碳能源解决方案提供了理论依据与技术展望。
金属有机框架(MOFs)由无机金属节点与有机配体构成,凭借高比表面积、可调孔隙和丰富活性位点,成为电催化领域的明星材料。硫化物功能化进一步提升了MOFs的导电性和催化活性,尤其在CO2RR中可将惰性CO2高效转化为C2H4、CO等高附加值产物,同时通过HER实现绿色氢能制备。
研究表明,钴基MOFs、MXene复合MOFs等材料能同时优化eCO2RR和HER性能。例如,碳量子点(CQD)修饰的MOF电极通过增强电子传输路径,显著降低过电位,而双金属MOFs则利用协同效应提升法拉第效率。这类设计为集成化能源转换系统提供了新思路。
从原料开采到废弃处理,MOFs的环境足迹备受关注。分析显示,其制备能耗和金属浸出风险需通过绿色溶剂替代和回收工艺优化。然而,MOFs驱动的电解水制氢全生命周期碳排放较传统化石路径降低70%以上,凸显其环境优势。
硫化物功能化MOFs通过原子级活性位点设计和结构调控,展现出卓越的电催化潜力。未来研究需攻克规模化制备稳定性、成本控制等挑战,并深化LCA与工业化应用的衔接,以推动其成为碳中和战略的核心技术支柱。
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