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有研究發(fā)現(xiàn)在大堿金屬陽離子例如Cs⁺的存在下促進(jìn)了電還原CO₂為C₂物種。然而，促進(jìn)作用的起源仍不清楚，并且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和固液界面的中間體-電解質(zhì)相互作用進(jìn)一步構(gòu)成了巨大的研究障礙。

因此，上?？萍即髮W(xué)楊波、劉健等通過從頭分子動(dòng)力學(xué)模擬(AIMD)和自由能采樣技術(shù)，使用包含Li⁺、K⁺或Cs⁺的顯式溶劑在Cu(100)上研究了產(chǎn)生C₂物種的關(guān)鍵步驟，即CO二聚化為OCCO。

上科大楊波/劉健ACS Catal.: 陽離子中間體配合物促進(jìn)銅上電化學(xué)還原CO2形成C2

通過AIMD模擬證明了陽離子對Cu(100)/溶液界面處CO₂電還原中C₂形成起著促進(jìn)作用。隨著堿金屬陽離子半徑的逐漸增大，CO二聚反應(yīng)的自由能壘和反應(yīng)自由能逐漸降低，這是形成C₂的關(guān)鍵步驟。

另外，原子水平的詳細(xì)分析揭示了一種新的認(rèn)識(shí)，即陽離子和水/OCCO之間存在動(dòng)態(tài)配位結(jié)構(gòu)。

水合的Li⁺和K⁺通過在水合殼層中失去一個(gè)水分子而分別與OCCO中間體中的一個(gè)和兩個(gè)氧原子配位，而Cs⁺將與OCCO中的兩個(gè)氧原子配位而不會(huì)失去水分子。

形成的陽離子中間體復(fù)合物對于促進(jìn)C₂形成至關(guān)重要，因?yàn)檩^大的陽離子可以同時(shí)與兩個(gè)CO分子相互作用，這可以促進(jìn)兩個(gè)CO分子形成C-C鍵。

Promotional Role of a Cation Intermediate Complex in C₂ Formation from Electrochemical Reduction of CO₂ over Cu. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c01072

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