[ca] La combustió excessiva de combustibles fòssils té com a resultat l'emissió de diòxid de carboni (CO2), que està desencadenant problemes ambientals creixents, com ara l'escalfament global, l'augment del nivell del mar, el clima extrem i l'extinció d'espècies. Per tant, les tecnologies per a la conversió de CO2 en altres productes de valor estan jugant un paper vital per eliminar la concentració de CO2 a l'atmosfera. En aquest sentit, la conversió electroquímica de CO2, alimentat per energia renovable, en productes químics útils es considera una solució elegant per aconseguir el cicle del carboni. Tanmateix, a causa de la interioritat de les molècules de CO2 i de la reacció competitiva d'evolució d'hidrogen (HER), els principals reptes de CO2 RR són l'elevat requeriment de sobrepotencial associat a una termodinàmica desfavorable i una baixa eficiència faradaica (FE) per a un producte concret. Per tant, buscar un electrocatalitzador d'alta eficiència i econòmic és raonable i necessari per a aplicacions pràctiques. En les darreres dècades, els marcs metal·lorgànics (MOF) van absorbir les enormes consideracions en el camp de l'electrocatàlisi a causa de la seva gran superfície específica, una rica estructura de porus i llocs actius uniformement dispersos. Tot i que tenen un gran potencial en electrocàlisi, la majoria dels materials MOF encara pateixen una activitat insuficient, baixa conductivitat i poca estabilitat, cosa que dificultaria les seves aplicacions pràctiques. Especialment, en el camp del CO2 RR, s'han de tenir en compte molts paràmetres importants, inclosa una alta eficiència faradaica (FE), l'excessiu baix sobrepotencial, una gran densitat de corrent i una estabilitat robusta, entre d'altres. Per tant, el disseny racional dels MOF per complir els requisits anteriors tant com sigui possible és crucial per explotar el seu futur en aplicacions de CO2 RR. Per tant, en aquesta dissertació, vam fer molts esforços per desenvolupar catalitzadors basats en MOFs/derivats amb una eficiència, activitat i estabilitat superiors per augmentar el rendiment del CO2 RR. Aquesta dissertació es divideix en 5 capítols: El capítol 1 presenta les idees sobre els conceptes fonamentals sobre CO2 RR electroquímic, que inclou la cèl·lula fonamental de CO2 RR electroquímica, que revisa els productes de reducció comuns i les seves vies senzilles. En aquest capítol també es presenta la visió general de paràmetres importants que afecten el CO2 RR, inclosos diferents catalitzadors dels darrers anys i electròlits, i les mètriques rellevants que avaluen els electrocatalitzadors, així com les limitacions de la reducció electroquímica de CO2. El capítol 2 tracta de la fabricació de ZIF-8 modificat a la superfície com a elèctrode basat en MOFs per a un CO2 RR electroquímic per generar CO. En aquest treball, hem modificat la superfície del MOF ZIF-8 a partir d'introduir un petita proporció d'àcid 2,5-dihidroxyterephthalic (DOBDC), aconseguint una densitat de corrent de CO 2,5 vegades superior i una eficiència faradaica augmentada. Al capítol 3, s'utilitza una ruta fàcil per introduir grups que contenen O enllaçats axialment en un catalitzador Fe-N-C mitjançant piròlisi de marcs orgànics metàl·lics basats en Zn dopats amb Fe (IRMOF-3), formant àtoms individuals de Fe molt dispersos amb llocs actius de HO-FeN4. A causa de la modulació de l'entorn local induïda per aquests grups -OH, el catalitzador D-Fe-N-C presenta una activitat CO2 RR millorada, que inclou una alta selectivitat amb una eficiència faradaica de CO, i una estabilitat robusta , que és superior a la dels llocs FeN4 normals reportats sense grups -OH. Al capítol 4, vam proposar la introducció d'àtoms de Fe en catalitzadors de Ni-N-C per produir catalitzadors amb àtoms individualitzats (Ni/Fe-N-C) de doble metall (bimetàl·lics) de cara al CO2 RR per aconseguir una alta selectivitat i activitat simultàniament. Finally, Chapter 5 summarizes the general conclusions.

[en] The excessive combustion of fossil fuels results in the emission of carbon dioxide (CO2), which triggers increasing environmental problems, such as, global warming, rising sea levels, extreme weather, and species extinction. Therefore, the technologies for conversion of CO2 into other value products plays a vital role in order to eliminate the CO2 concentration in atmosphere. Thereinto, electrochemical conversion of CO2 powered by renewable energy to useful chemicals is considered as an elegant solution to achieve the carbon cycle. However, due to the innerness of CO2 molecules and competitive hydrogen evolution reaction (HER), the main challenges in the field CO2 RR are the high overpotential requirement that represents the unfavourable thermodynamics and low Faradaic e&#64259;ciency (FE) for the target products. Therefore, searching for a high-efficient and cost-friendly electrocatalyst is sensible and necessary for practical applications. In the past decades, metal-organic frameworks (MOFs) engrossed the enormous considerations in the field of electrocatalysis because of their large specific surface area, rich pore structure, and uniformly dispersed active sites. Although they have a great potential in electrocatalysis, most MOFs materials still suffer from insufficient activity, low conductivity, and poor stability, which would hinder their practical applications. Especially, in the field of CO2 RR, many important parameters, including high FE, low overpotential, large current density and robust stability among others, should be considered. Thus, the rational design of MOFs to fulfil the above requirements as much as possible is crucial for exploiting their future in CO2 RR applications. Therefore, in this dissertation, we made many efforts to develop MOFs-based/derived catalysts with superior efficiency, activity, and stability for boosting the CO2 RR performance. This dissertation is divided into 5 chapters: Chapter 1 is the insights on the fundamental concepts about electrochemical CO2 RR, which includes the fundamental cell of electrochemical CO2 RR, reviews the common reduction products and their simple pathways. Meanwhile, the overview of important parameters affecting CO2 RR, including different catalysts over the past years, electrolyte, and the relevant metrics evaluating the electrocatalysts as well as limitations of electrochemical CO2 reduction are also presented in this chapter. In addition, this chapter summarizes the fundamental concepts about MOFs materials and their high-temperature pyrolysis derived materials as the electrocatalysts. Chapter 2 deals with the fabrication of surface modified ZIF-8 as MOFs-based electrode for electrochemical CO2 RR to generate CO. In this work, a surface modified ZIF-8 has been prepared through introducing a very small proportion 2,5-dihidroxyterephthalic acid (DOBDC) into ZIF-8, achieving a higher current density of CO and a boosted Faradaic efficiency. In Chapter 3, a facile route is used to introduce axial bonded O-containing groups into a Fe-N-C catalyst through pyrolysis of Fe-doped Zn-based metal organic frameworks (IRMOF-3), forming highly dispersed Fe single atoms with HO-FeN4 active sites. Due to the local environment modulation induced by such -OH groups, the D-Fe-N-C catalyst exhibits an enhanced CO2 RR activity, including a high selectivity with CO Faradaic efficiency, and a robust stability, which is higher than that of the reported normal FeN4 sites without -OH groups. In Chapter 4, we proposed that introducing Fe atoms into Ni-N-C catalysts fabricates double metal (bimetallic) single-atom catalysts (Ni/Fe-N-C) towards CO2 RR to achieve a high selectivity and activity simultaneously. The optimized double-metal Ni/Fe-N-C catalyst showed an excellent performance, obtaining a high selectivity with a high CO Faradaic efficiency at a low overpotential. The performance obtained is superior to both single metal counterparts and other state-of-the-art M-N-C catalysts, proving that regulating single active sites with a second metal site potentially breaks the single metal-based activity benchmark to obtain the high selectivity and activity in CO2 RR, simultaneously. Finally, Chapter 5 summarizes the general conclusions.