锂-二氧化碳（Li-CO₂）电池具有先进储能技术和实现碳中和目标的双重优势，作为一种绿色可持续能源技术，因其高理论能量密度（1876 Wh kg^-1），在实际应用中具有很大的前景。然而，电池运行过程中产生的不易分解的Li₂CO₃会导致其CO₂还原反应(CRR)和CO₂析出反应(CER)动力学迟缓，引起Li-CO₂电池过电位较大、循环稳定性差和能量密度不足等问题。

众所周知，Li-CO₂电池的正极二氧化碳还原和演化反应的快速动力学(CRR/CER)是必要的，这依赖于高效的正极催化剂。对于光辅助Li-CO₂电池，通过引入光催化剂，正极产生的光激发电子和空穴可以分别有效地加速CRR和CER过程中的反应动力学。目前COFs材料在光辅助Li-CO₂电池中的应用还尚未被报道，结合COFs材料的多孔性和可设计性的优点，这类材料在该领域具有广阔的应用前景。

图1. 氧化还原分子结金属共价有机框架用于光辅助Li-CO₂电池

近期，南京师范大学兰亚乾教授课题组在Angewandte Chemie International Edition期刊上发表文章，报道了一种通过Cu₃、噻唑基团和氰基连接合成的氧化还原分子结金属共价有机框架(Cu₃-BTDE-COF)。Cu₃-BTDE-COF应用于光辅助Li-CO₂电池时，电池往返效率高达95.2%(超低电压滞后为0.18 V)，优于大多数多孔晶态催化剂。

图2. Cu₃-BTDE-COF，Cu₃-BTDA-COF和Cu₃-DT-COF的合成及表征

图3. Cu₃-BTDE-COF用于光辅助Li-CO₂电池性能图。

Cu₃-BTDE-COF光电阴极的往返效率高达95.2% (超低电压滞后为0.18 V)，优于大多数多孔晶体催化剂。DFT计算和表征证明，具有金属活性中心、噻唑和氰基多官能团的Cu₃-BTDE-COF具有较强的CO₂吸附/活化能力和Li+相互作用/扩散能力，从而提高了CRR/CER动力学和相关的电池效率。

该论文的第一作者为南京师范大学化学与材料科学学院博士生常迦南，通讯作者为陈宜法教授和兰亚乾教授。

Redox Molecular Junction Metal-Covalent Organic Frameworks for Light-assisted CO2 Energy Storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202402458.

（摘自X-MOL）