CO2电还原反应（CO2RR）可以通过可再生电力将CO2转化为有价值的化学品或燃料，同时缓解能源危机，实现全球碳平衡。然而，CO2RR的实施仍然需要克服阳极析氧反应（OER）缓慢的动力学并且需要消耗的大量的电量（约占总输入能量的90%），这将导致整个系统的高能耗、低选择性和低能量转换效率。因此，需要找到一种热力学和动力学上更有利的氧化反应来取代OER，以提高CO2RR系统的能量转换效率，并生成能耗较低的高价值化学品。甲醇氧化（MOR）具有比OER更低的阳极过电位，可以替代OER与CO2还原反应耦合来降低整个电解反应系统的电耗量。此外，将光能和热能引入电催化反应体系中可以影响光敏电催化剂的电子性能，从而改变CO2还原和甲醇氧化的活性和选择性。
迄今为止，已经报道了一些纳米材料用于电催化CO2还原耦合甲醇氧化反应，但这些探索仍处于早期阶段，存在一些尚未解决的问题，例如：1）报道的高活性MOR的Ru、Pd和Pt基电催化剂价格昂贵，且具有过度氧化能力，不能选择性地将甲醇转化为HCOOH；2）在大多数报道的耦合电解系统中，MOR和CO2RR通常需要两种不同类型的催化剂，这将增加电催化剂的成本和设计难度；3）已报道的催化剂大多是纳米材料，通常缺乏清晰的结构模型来理解特定的结构-性能关系或反应机理。此外，光热辅助电催化还极少被报道。因此，设计结构明确、活性/选择性高的双功能电催化剂用于光热辅助电催化CO2还原耦合甲醇氧化，将是一种减少CO2电还原系统的电耗量并提高系统能量转换效率和氧化还原产物价值的新策略。
近日，华南师范大学的兰亚乾教授，陈宜法教授团队设计合成了一种双功能COF催化剂（Ni-2CBpy2+-COF），并成功地将其应用于高效光热辅助的电催化CO2还原耦合甲醇氧化反应。
实验结果表明，Ni-2CBpy2+-COF作为双功能催化剂用于高效光热辅助的电催化CO2还原耦合甲醇氧化反应。在1.9 V的槽电压下，阴极CO和阳极HCOOH的FE可达到~100%，同时节省了~31.5%的电耗量。具有类紫精性质的2CBpy2+单元可以作为电子转移媒介加速催化剂与中间物之间的电荷转移，并产生较强的光热效应（ΔT = 49.1°C），从而增强整个反应的动力学以提高产物的选择性。
这项工作为CO2RR与有机分子氧化反应耦合系统的设计及提高总能量转换效率和增值化学品的生成方面开辟了广阔的前景，并且对电催化CO2RR催化剂的实际应用提供了参考。
图1. 光热辅助的电催化CO2还原耦合甲醇氧化反应示意图。
图2. Ni-2CBpy2+-COF的表征图。
图3. Ni-2CBpy2+-COF的光热辅助的电催化CO2还原耦合甲醇氧化反应性能图。
图4. 理论计算图。
