近年来，通过（光）电化学装置（或系统）对可持续能源进行转化和利用，有望取代传统化石燃料在能源产业链中的地位。为了有效提高能源转换效率，高效电催化剂被广泛采用。基于过渡金属元素（Fe、Co和Ni）的纳米材料由于其独特的3d电子构型、低成本和优异的氧化还原性能等优势而被赋予了巨大的应用前景。特殊地，一类具有特定大环结构的M-N4-C材料和明确定义的催化活性单元的分子级催化剂，如金属酞菁（MPcs），在电催化能源转化领域表现出了重要贡献。然而，由于其天然的绝缘特性，这在很大程度上限制了催化活性的发挥与利用。例如，MPcs的强π-π堆积作用使得分子容易团聚，这不仅限制着与反应物的接触，同时降低了电子转移能力，影响电催化活性。因此，适当的引入载体不仅能够调节MPcs的表面性能，显著提高材料的电导率，而且延长了使用寿命，增强了电催化过程。另一方面，基于MPcs的金属有机框架和共价有机框架是一种新型的晶体多孔层状材料，通过精确的模块构建整合了催化活性分子，已逐渐成为潜在的电催化多相候选材料。然而，在长期的电化学循环过程中，催化剂可能会发生离子离域/聚集现象，并在电极材料内产生晶格应力，导致框架内的结构退化和破碎。因此，我们希望设计高效、坚固的电催化剂以满足实际应用，这也为电催化理论奠定了基础。
到目前为止，关于MPcs基电催化剂的研究进展的综述文章，主要集中在MPc分子和/或单分子单元结合碳基底物进行能源转化过程，但具有优异共轭效应的金属大环结构却很少被涉及。此外，单个MPcs分子单元的绝缘性严重影响了电催化性能，这需要得到有效缓解。因此，构建二维共轭MPcs基材料在能源转换领域具有重要意义。
本文从金属酞菁（MPcs）的分子结构及特征、合成方法、结构优化、性能调控、催化机理等方面进行了全面综述。与此前报道的综述文章不同，本文重点介绍了基于MPcs的共轭多孔框架材料，首次总结了代表性共轭MPcs的结构优化及电催化性能提升策略。首先，我们总结了MPcs的结构特征和基本理化性质。然后，归纳了制备负载金属酞菁和共轭金属酞菁的MPcs催化剂的一般合成技术。随后，主要讨论了MPcs基电催化剂作为电极材料在各种电化学反应中的催化应用，如析氢反应（HER）、析氧反应（OER）、氧还原反应（ORR）、二氧化碳还原反应（CO2RR），氮还原反应（NRR）。最后，文章提出了当前MPcs材料存在的问题并展望了未来的发展方向及潜在应用价值。本综述深入反映了电子调制作用对催化剂的重要性，并为分子催化平台的微结构工程以提高催化性能提供重要启示。
图1. 金属酞菁材料的结构设计及其电化学应用
王心琪（第一作者）：郑州大学化工学院研究生。2024年毕业于郑州大学材料与化工专业，获工学硕士学位。研究重点主要集中在高效电催化剂的设计及其电化学应用研究。
马炜（通讯作者）：郑州大学化工学院副教授。2009年毕业于中南大学无机非金属材料工程专业，获工学学士学位；2013-2015年受国家留学基金委资助赴日本国立材料研究所（NIMS）联合培养并于2015年获中南大学矿物材料学博士学位。自2016年起就职于郑州大学化工学院，研究工作集中于层状材料的制备及其电化学应用研究。
万浩（通讯作者）：郑州大学中原关键金属实验室直聘教授。2009年毕业于中南大学无机非金属材料工程专业，获工学学士学位；2016-2018年受国家留学基金委资助赴日本国立材料研究所（NIMS）联合培养并于2019年获中南大学材料科学与工程博士学位。自2020年起先后就职于郑州大学化工学院和中原关键金属实验室，主要从事低维功能材料的设计与应用研究。
发展历程
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