Abstract Highly effective electrocatalysts promoting CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) is extremely desirable to produce value-added chemicals/fuels while addressing current environmental challenges. Herein, we develop a layer-stacked, bimetallic two-dimensional conjugated metal-organic framework (2D c -MOF) with copper-phthalocyanine as ligand (CuN 4 ) and zinc-bis(dihydroxy) complex (ZnO 4 ) as linkage (PcCu-O 8 -Zn). The PcCu-O 8 -Zn exhibits high CO selectivity of 88%, turnover frequency of 0.39 s −1 and long-term durability (>10 h), surpassing thus by far reported MOF-based electrocatalysts. The molar H 2 /CO ratio (1:7 to 4:1) can be tuned by varying metal centers and applied potential, making 2D c -MOFs highly relevant for syngas industry applications. The contrast experiments combined with operando spectroelectrochemistry and theoretical calculation unveil a synergistic catalytic mechanism; ZnO 4 complexes act as CO 2 RR catalytic sites while CuN 4 centers promote the protonation of adsorbed CO 2 during CO 2 RR. This work offers a strategy on developing bimetallic MOF electrocatalysts for synergistically catalyzing CO 2 RR toward syngas synthesis.

Layered two-dimensional (2D) conjugated metal-organic frameworks (MOFs) represent a family of rising electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR), due to the controllable architectures, excellent electrical conductivity, and highly exposed well-defined molecular active sites. Herein, we report a copper phthalocyanine based 2D conjugated MOF with square-planar cobalt bis(dihydroxy) complexes (Co-O4 ) as linkages (PcCu-O8 -Co) and layer-stacked structures prepared via solvothermal synthesis. PcCu-O8 -Co 2D MOF mixed with carbon nanotubes exhibits excellent electrocatalytic ORR activity (E1/2 =0.83 V vs. RHE, n=3.93, and jL =5.3 mA cm-2 ) in alkaline media, which is the record value among the reported intrinsic MOF electrocatalysts. Supported by in situ Raman spectro-electrochemistry and theoretical modeling as well as contrast catalytic tests, we identified the cobalt nodes as ORR active sites. Furthermore, when employed as a cathode electrocatalyst for zinc-air batteries, PcCu-O8 -Co delivers a maximum power density of 94 mW cm-2 , outperforming the state-of-the-art Pt/C electrocatalysts (78.3 mW cm-2 ).

Rechargeable aqueous Zn-ion energy storage devices are promising candidates for next-generation energy storage technologies. However, the lack of highly reversible Zn2+-storage anode materials with low potential windows remains a primary concern. Here, we report a two-dimensional polyarylimide covalent organic framework (PI-COF) anode with high-kinetics Zn2+-storage capability. The well-organized pore channels of PI-COF allow the high accessibility of the build-in redox-active carbonyl groups and efficient ion diffusion with a low energy barrier. The constructed PI-COF anode exhibits a specific capacity (332 C g-1 or 92 mAh g-1 at 0.7 A g-1), a high rate capability (79.8% at 7 A g-1), and a long cycle life (85% over 4000 cycles). In situ Raman investigation and first-principle calculations clarify the two-step Zn2+-storage mechanism, in which imide carbonyl groups reversibly form negatively charged enolates. Dendrite-free full Zn-ion devices are fabricated by coupling PI-COF anodes with MnO2 cathodes, delivering excellent energy densities (23.9 ∼ 66.5 Wh kg-1) and supercapacitor-level power densities (133 ∼ 4782 W kg-1). This study demonstrates the feasibility of covalent organic framework as Zn2+-storage anodes and shows a promising prospect for constructing reliable aqueous energy storage devices.

The electrochemical oxidative phenol coupling reaction is a sustainable method for accessing biphenolic compounds. Using the dimerization of sesamol as a model reaction, insights into the reaction mechanism were gained

Two-dimensional conjugated metal-organic frameworks (2D c-MOFs) are a subclass of MOFs that are of particular interest for electrocatalysis due to their good intrinsic conductivity. The electrochemical properties of such 2D frameworks are strongly related to their structure, which in turn is influenced by the synthesis conditions. However, even under formally identical conditions, MOF crystals with different structural properties are obtained, and to date there is no easy-to-apply method to predict the quality of MOF crystals already during synthesis. In the present work, we monitored the formation of phthalocyanine-based 2D MOFs at the air-water interface using in-situ Raman spectroscopy and identified Raman marker bands that characterise the degree of linker aggregation, the reaction progress, and the yield of MOFs formed during the reaction. Using transmission electron microscopy (TEM) measurements on the MOF crystals after synthesis, a correlation between the Raman marker bands and the resulting crystalline domain size distribution of the MOF could be derived. Thus, a method for a non-invasive, fast and simple in-situ quality assessment of the synthesised MOFs was established. These results are an important step towards the automation of MOF synthesis.