EES：原子碳到底是如何影响CO2RR的？- 大数跨境

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EES：原子碳到底是如何影响CO2RR的？

科学材料站

2020-11-27

导读：该工作结合密度泛函理论和微观动力学模型，确定了在铜表面生成C2产物的关键步骤，阐明了原子碳在引导C2+选择性方面的重要性

研究背景

原子碳在电化学CO2还原为多碳产物中的作用

First published: 23 Nov 2020

第一作者：Hongjie Peng, Michael T. Tang.通讯

作者：Frank Abild-Pedersen

单位：SLAC国家加速器实验室

研究背景

二氧化碳和一氧化碳的电化学还原为实现可持续的化学品和燃料铺平了一条充满希望的道路。但尽管经过多年的研究，生成高价值多碳（C2+）产品的机理仍然是难以捉摸的。

到目前为止，元素铜(Cu)和以铜为基础的化合物是唯一能够产生C2+碳氢化合物的材料，尽管这是在高过电位和选择性差的情况下来实现的，这就对CO2还原反应提出了严峻的挑战。因此，在设计一种高效催化剂时，了解引导CO2还原为高附加值的多碳产品的关键影响因素是必不可少的。

文章简介

近日，SLAC国家加速器实验室Frank Abild-Pedersen在国际期刊Energy & Environmental Science上发表题为“The Role of Atomic Carbon in Directing Electrochemical CO2 Reduction to Multicarbon Products”的研究工作。

该工作结合密度泛函理论和微观动力学模型，确定了在铜表面生成C2产物的关键步骤，阐明了原子碳在引导C2+选择性方面的重要性，以及它如何在铜催化剂上引入表面结构敏感性。这一观点使作者提出了两个简单的热力学描述词，以有效地识别铜以外金属催化剂上C2+的选择性。

本文要点

要点一： 本文使用用基于密度函数理论（DFT）的反应和活化能研究了CO向C2产物还原的关键步骤，并引入了一个电化学微动力学模型，恰当地描述了活性和选择性的实验趋势。

要点二： 本文以Cu（100）为模型确定了一个电位U0，在该电位下，通过COH*中间体将CO还原为原子碳（C*）的速率高于析氢反应（HER）和CO还原为CHO*。随后，表面C*与界面处的CO进行了热力学上的良好耦合。与包括CO二聚反应在内的其他途径相比，在更大的还原电位下，即在pH=7时，U＜0.5 V（vs. RHE），该过程是主要的C2途径。

这样就可以通过形成CCO*和CH*的势垒之间的能量差异来表征C2选择性相对于单碳（C1）选择性，从而进一步合理化C2选择性对Cu的方面依赖性。

要点三：最后，这一观点使作者提出了两个简单的热力学描述词：CO*和C*（GCO*和GC*）的吸附自由能，因而可以在不同电位下跟踪不同金属表面上的C2选择性。

文章链接

The Role of Atomic Carbon in Directing Electrochemical CO2 Reduction to Multicarbon Products

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/d0ee02826f#!divAbstract