第一作者：Christian S. Diercks
通讯作者：Omar M. Yaghi
第一单位：加州大学伯克利分校（美国）
CO
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还原，主要涉及三个问题：活性、选择性和效率。
活性直接体现为转换频率和收率，主要和活性位点的数量以及扩散到活性位点的能力有关，并受到催化剂结构以及比表面积大小的影响。
选择性关乎目标产品的纯度，受催化剂对CO
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亲和力，以及活性位点氧化还原行为影响。
效率主要体现为量子效率和法拉第效率，直接关系到能量损耗，在光催化体系中由催化剂的光学性能决定，在电催化或光电催化体系中，由催化剂的电学性能决定。
图1. CO
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还原的催化体系以及活性、选择性、效率之间的博弈
至今为止，科学家开发了各种不同的催化体系来催化还原CO
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，然而，如何在单一的催化体系中，实现活性、选择性和效率三者的有机平衡，仍然存在重大挑战！
在自然界催化体系中，催化剂具有高活性和高选择性，但是光学效率低下；在人工的无机催化体系中，金属和金属氧化物催化剂表现出高效率和高活性，但是在分子水平难以实现选择性的精确调控；在有机催化体系中，均相分子催化剂选择性和效率都很好，美中不足的是活性较差。
以MOF/COF等晶态多孔框架结构材料为代表的框架化学（reticular chemistry），则为设计开发全新的CO
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还原催化剂提供了新的思路。MOF材料中化学和结构的原子级精确控制，可以实现活性和选择性的平衡，特有的光电性能则可以实现效率的调控。框架化学中的分子构筑单元就像一个工具箱，你想要解决什么问题，就从里面选择什么样的材料！
下面，将重点讨论MOF/COF作为CO
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还原催化剂，是如何在单个催化体系中有机调控活性、选择性和效率。
MOF/COF
光催化还原CO
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图2. MOF/COF光催化还原CO
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第一代CO
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还原光催化剂：选择性和活性的博弈！
1. 通过位点孤立等位点工程化策略提高选择性
2. 通过调控孔结构和比表面积来增强活性
第二代CO
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还原光催化剂：光子效率！
1. 通过配体功能化调控带隙
2. 通过纳米颗粒集成，增强等离激元
第三代CO
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还原光催化剂：电子效率！
1. 利用光敏化剂提高收率
2. 通过调控电子结构提高电荷分离，减缓光生电子空穴对的复合。
未来新一代CO
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还原光催化剂
基于前三代MOF/COF光催化剂，通过提高电荷载流子迁移率，进一步增强电子效率，从而提高量子效率，真正实现活性、选择性和效率的有机统一。
MOF/COF
电催化还原CO
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图3. MOF/COF电催化还原CO
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第一代CO
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还原电催化剂：选择性和活性的博弈！
1. 最大化面积密度，增加活性位点，提高活性
第二代CO
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还原电催化剂：效率！
1. 平衡电子和质量传递之间的关系，以实现最佳效率
在电催化还原CO
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体系中，均相分子催化剂的活性本征受限于CO
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和催化剂不能同时迁移到电极表面，因此，均相催化剂往往只能应用于溶液体系西，依靠随机的分子波动。而非均相催化剂，则可以有效和电极接触，主要受限于CO
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扩散到活性位点。通过面积密度的控制，以及电子和质量传递速度的调控，可以最终实现全新的CO
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还原电催化剂。
总之，MOF/COF骨架结构负责活性和效率，结构的框架化学负责选择性。这么看来，以MOF和COF材料为代表的框架化学，似乎是在同一个催化体系中同时实现活性、选择性和效率三者有机统一的最佳策略了！
