卢旭ACS Catalysis：液态金属催化剂助力高压CO₂电还原

通讯作者：卢旭*

单位：阿卜杜拉国王科技大学

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液态金属（LMs）因其高导电性、可塑性和动态表面特性，在柔性电子、能源催化等领域备受关注。然而，液态金属原子的无序运动如何影响反应路径和能垒仍未明晰。同时，传统固态催化剂受限于刚性晶格，难以动态适应反应中间体的吸附构型，导致电催化CO₂还原（CO₂R）反应效率低下。本研究通过理论与实验结合，揭示了液态金属中原子自由度的动态调控机制，为高效电催化提供了全新策略。

有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学卢旭教授团队在国际顶级期刊《ACS Catalysis》发表题为“Unlocking atomic degrees of freedom in liquid metals for accelerated electrocatalytic reactions”的研究论文。团队通过分子动力学模拟、原位高分辨电镜和原位光谱技术，揭示了液态金属原子无序运动的动态特性，并证明其表面可自适应匹配反应中间体构型，进而显著提升CO₂还原性能。在高压条件下，液态金属催化剂的电流密度较同类固态催化剂提升3.4倍，甲酸选择性高达94.8%。

• 通过原位电镜捕捉到液态金属（LM47）在近熔点温度下的原子振荡与随机运动，结合分子动力学模拟，证实液态金属原子自由度远高于固态。

• 理论计算表明，液态金属表面可动态匹配CO₂及中间体吸附构型，降低活化能。

• 液态金属（L47）的*CO₂吸附能（-0.11 eV）显著优于固态（0.04 eV），促进线性CO₂向极化态转化。

• 原位拉曼光谱显示，液态金属表面富集关键中间体（*CO₂⁻、*HCOO），甲酸生成路径更高效。

• 加压至40 bar时，液态金属总电流密度提升至536.2 mA cm⁻²，甲酸分电流密度达-376.6 mA cm⁻²，远超固态催化剂。

• 高压增强CO₂覆盖度，液态表面动态适应性进一步释放，中间体浓度显著提高。

Unlocking atomic degrees of freedom in liquid metals for accelerated electrocatalytic reactions, ACS Catal. 2025, 15, 3505-3514