二氧化碳(CO2)是导致全球变暖的主要因素，同时其也生产高附加值化学品和/或燃料的丰富而廉价的原料。因此，CO2的高效催化转化对人类社会的可持续发展、精细化学品的绿色合成以及碳中和的清洁能源具有重要意义。在多种CO2催化转化途径中，电/光催化CO2还原是一种很有前途的方法，它由可再生电力资源(如风力、水力和核能)和温和条件下的太阳能驱动。然而，由于CO2还原过程中复杂的动力学因素影响质子偶合电子转移反应过程，实现产品的高选择性仍然是一个巨大的挑战，因此迫切需要合理设计和开发高效的复合催化剂以实现高选择性电/光催化CO2还原。
基于此，南开大学程鹏和马建功等通过在Cu纳米线(Cu NWs)上涂覆金属-有机骨架(MOF)(Cu NWs@MOF)来提升电/光催化CO2还原反应活性。具体而言，Cu NWs作为“电子通道”，能够起到导电和定向供电作用，提高电子传输效率；在Cu NWs表面生长一层ZIF-8作为“分子通道”，优化了催化剂的稳定性、转化率和选择性：1.MOF覆盖层显著改善了Cu NWs的分散性，抑制了超长Cu NWs的缠绕；2.MOF覆盖层显著提高了BET表面积，提供了更高的电化学活性表面积(ECSA)，这有利于获得优越的CO2RR选择性和CO2转化率；3.MOF覆盖层具有亲水性，有利于含CO2(aq)和质子的电解质向Cu NWs与MOF之间的界面输送，以实现CO2的连续还原。因此，所制备的Cu NWs@MOF催化剂在−0.7 VRHE下CO的法拉第效率达60%以上，并有效抑制了HER反应。并且该催化剂在−1.1 VRHE下连续运行24小时，CO的法拉第效率和总电流密度没有发生明显变化。为了进一步说明这两个通道在光催化剂中的作用，采用半导体MOF覆盖层作为分子通道和光电转换器，构建了一个光催化异质结构Cu NWs@HKUST-1(HKUST-1: Cu3(BTC)2(BTC = 1,3,5-苯三羧酸盐))。在光催化CO2RR过程中，在Cu NWs与HKUST-1界面处的肖特基效应诱导HKUST-1吸收光子并向Cu NWs提供电子，并且在Cu NWs/HKUST-1界面处的光生电荷分离进一步增强Cu NWs的电子富集，显著促进CO2有效光还原为CO。综上，该项工作通过改变MOF覆盖层的类型，使得一维Cu NWs在电催化剂和光催化剂之间灵活切换，这为设计和开发超稳定MOF基异质纳米线以实现高效CO2还原提供了范例。Ultrastable Cu-Based Dual-Channel Heterowire for the Switchable Electro-/Photocatalytic Reduction of CO2. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202302881
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