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JACS:Au-水界面上阳离子配位内球的CO2电还原机理

时间:2023-01-15 来源: 浏览:

JACS:Au-水界面上阳离子配位内球的CO2电还原机理

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电化学 CO 2 还原反应( CO 2 RR )是一种极具潜力的清洁能源经济技术。从实验和理论研究两方面,科研工作者已经做出了大量努力来增强对 CO 2 RR 的机理理解。虽然电解质离子对 CO 2 RR 至关重要,但是对于碱金属阳离子的作用仍存在很大争议,致使 Au– 水界面上 CO 2 RR 的完整自由能图仍然缺失。

近日, 丹麦技术大学 Heine Anton Hansen 通过结合慢生长采样( SG-AIMD )方法的从头计算分子动力学模拟,对 CO 2 RR 机理进行了系统研究。

本文要点
要点1.  通过使用 SG-AIMD 方法,作者证明了在 K 阳离子存在的情况下, CO 2 RR 容易在内球界面处发生,由于其促进了 CO 2 的活化,且其自由能垒仅为 0.66 eV 。此外,竞争性析氢反应( HER )被界面阳离子抑制,并且具有诱导的动力学阻塞效应,其中速率限制步骤 Volmer 反应具有高的能量势垒( 1.27eV )。

要点2.  最后,作者得到了一个综合的自由能图,其中包括电化学界面处 CO 2 RR 转化为 CO HER 的动力学和热力学过程,该图说明了阳离子在促进 CO 2 吸附同时抑制氢析出过程,并对 CO 2 电还原的整体性能的关键作用。

Xueping Qin et.al Cation-Coordinated Inner-Sphere CO 2 Electroreduction at Au–Water Interfaces JACS 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c11643

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11643

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