將二氧化碳（CO₂）電催化轉化對于減少氣候變化的影響以及緩解能源危機具有重大意義。其中，電化學CO₂還原（ECR）為C₂H₄等碳氫化合物具有廣闊的前景，但是ECR的緩慢動力學和副反應導致低選擇性、無活性和有限的耐久性。由于析氫反應（HER）的干擾和反應過程中涉及的多個電子轉移過程，ECR對碳氫化合物的選擇性較低。目前，銅（Cu）基電催化劑能以可接受的法拉第效率（FEs）促進ECR向碳氫化合物和醇產品的轉化，但對碳氫化合物的選擇性仍然較低。

研究發現，單位點催化劑（SSCs）是實現高選擇性精確催化的一個很有前途的策略，但是大多數報道的單原子催化劑傾向于形成雙電子產物CO而不是碳氫化合物。同時，除了氮配位的單原子位點外，很少研究其它雜原子配位的單金屬位點。雖然晶體SSCs材料可以實現可控的結構和金屬位點配位，但低電導率仍是晶體ECR催化劑面臨的嚴峻挑戰。導電金屬有機骨架（cMOF）材料是由具有共軛有機配體的過渡金屬離子自組裝而成，有獨特的氧化還原和導電性以及MOF-基的特征。盡管cMOF在ECR應用方面取得了一些進展，但對于cMOF電催化劑的研究仍然很少。

在2021年11月4日，南京師范大學蘭亞乾教授（通訊作者）等人報道了一種由高度共軛的類石墨烯配體（二苯并 [g, p]chrysene-2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15-辛醇, 8OH-DBC）和 Cu位點組成的Cu 基 cMOF（Cu-DBC），并用作CO₂ 還原的高效電催化劑。研究發現，高度共軛的有機配體賦予了Cu-DBC獨特的氧化還原性能和導電性，而豐富且均勻分布的Cu-O₄位點有助于實現具有高選擇性的高效ECR轉化為甲烷（CH₄ ）過程。在-0.9 V vs RHE的低還原電位下，Cu-DBC表現出約 80% 的高CH₄ FE、局部電流密度為 -162.4 mA cm^-2，這是將 CO₂ 還原為 CH₄ 的最佳Cu基電催化劑之一。

此外，基于結晶多孔催化劑具有明確的結構，作者研究了單個Cu位點的配位環境與電化學還原催化選擇性之間的關系。通過電催化測量和計算研究，進一步系統地分析了 Cu-DBC 催化劑對 ECR轉化為CH₄ 反應的特殊性和詳細的催化機理。該研究為設計具有明確結構的 ECR 催化劑提供了一種策略，并為構建高效 ECR 催化劑的精確結構-反應相關性奠定了基礎。

綜上所述，本研究為基于Cu-基cMOF的CO₂還原提供了一種電催化劑。制備的Cu-DBC具有分散的單個Cu位點和均勻的微孔、良好的氧化還原性能和CO₂吸附能力。與GDL結合后，在電壓為-0.9 V vs. RHE下Cu-DBC催化劑對甲烷（CH₄）的選擇性高達約80%以及在流動池中測試時具有約為-203 mA cm^-2的高催化電流密度，這是目前最先進的ECR轉化為CH₄催化劑之一。

通過密度泛函理論（DFT）計算和電催化測量，研究了ECR選擇性與單個Cu位點配位環境之間的相關性。對比氮配位Cu位點，反應勢壘較低的Cu-DBC中的Cu-O₄位點具有更好的ECR性能?？傊?，本文所提出的cMOF的設計可為更好地理解ECR的催化劑結構和電化學性能之間的相關性奠定理論和實驗基礎，以便進一步研究。

Coordination environment dependent selectivity of single-site-Cu enriched crystalline porous catalysts ?in CO₂ reduction to CH₄.Nature Communications, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26724-8.