北京科技大学姜建壮教授团队成功构建了一种新型的一维酞菁共价有机框架（COFs）材料，并探究了电催化硝酸盐还原性能，该工作以“1D COFs with phthalocyanine functional building blocks and imide linkage for superior electrocatalytic nitrate reduction”为题发表在Chin Chem Lett上，doi: 10.1016/j.cclet.2024.110590.
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【工作亮点】
1. 与二维（2D）和三维（3D）COFs结构相比，1D COFs由于在结构单元与连接单元之间的分子对称性匹配机制以及1D有机链形成后难以控制堆积的难题，面临合成难题，因此研究较少。
2. 本文通过水热合成方法制备了两种新型酞菁基酰亚胺键连接的1D COFs，即NiPc-CZDM-COF和NiPc-CZDL-COF。基于粉末X射线衍射和高分辨率透射电子显微镜的分析，验证了这两种COFs的高结晶性及结构。
3. 由于多孔带边缘位点上的高比例活性中心暴露，NiPc-CZDM-COF和NiPc-CZDL-COF分别具有8.0%和7.5%的NiPc活性位点利用率，表现出高效的电催化还原硝酸盐能力，其中硝酸盐被还原到NH3的法拉第效率接近100%。特别是，NiPc-CZDM-COF展现出更加优异的性能，NH3的局部电流密度高达-246 mA/cm2，氨气生成速率高达19.5 mg cm-2 h-1，在H型电池-1.2 V下的转换频率为5.8 s-1，综合性能优于现报道的COFs及MOFs电催化剂。
【研究背景】
氨（NH3）是一种重要的化工原料，广泛用于化肥和多种化学产品的制造。传统的氨生产方式——Haber-Bosch工艺，耗能巨大且伴随大量二氧化碳排放，因此迫切需要开发更加环保高效的替代方法。近年来，电催化硝酸盐还原（NO3RR）成为一项有前景的途径，其能在环境温度和较低电压下实现高效的氨生成。然而，现有电催化剂在稳定性和能量转化效率方面仍存在一定不足，由共价键连接的稳定的COFs已被发现对各种电催化反应表现出优异的性能。通过将酞菁等功能构建单元引入到COFs材料中，赋予了COFs材料优越的功能性。同时，由于1D COFs暴露出更丰富的活性位点，具有巨大的电催化NO3RR潜力。
Scheme 1. Schematic structures of building blocks, V-shaped linking units, and topological structures of 1D imine-linked COFs reported thus far.
Scheme 2. Schematic synthesis of NiPc-CZDM-COF and NiPc-CZDL-COF.
Fig. 1. PXRD patterns of (a) NiPc-CZDM-COF and (d) NiPc-CZDL-COF. Simulated structures of (b, c) NiPc-CZDM-COF and (e, f) NiPc-CZDL-COF (C: grey; N: blue; O: cyan; Ni: pink; H: white). (g-i) HRTEM images of NiPc-CZDL-COF. (j) EDS mapping photos of NiPc-CZDL-COF.
