研究内容

提高电化学CO 2 还原为多碳产物(C 2+ )的选择性是一个重要且极具挑战性的课题。

阿德莱德大学焦研 提出并验证了一种有效的策略，通过在电解质中引入阳离子(Na + )和非质子溶剂(DMSO)之间的协同效应来提高Cu电极上的C 2+ 选择性。结果表明，与纯NaHCO 3 相比，在50 mA/cm 2 的NaHCO 3 和DMSO混合电解质下，C 2 的法拉第效率从9.3%提高到57%，这可以显著提高C 2 产物的选择性。相关工作以“ Accelerating the Reaction Kinetics of CO 2 Reduction to MultiCarbon Products by Synergistic Effect between Cation and Aprotic Solvent on Copper Electrodes ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者采用了基于从头算分子动力学(AIMD)模拟的Operando建模方法来研究四个Cu(100)电解质界面系统上的C-C偶联和氢化过程，包括水(H 2 O)、水/一个非质子溶剂分子(DMSO)、水-一个Na + 阳离子(Na-H 2 O)和水/一种Na + 阳离子/一个无质子溶剂分子。

要点2 . AIMD模拟表明，Na-DMSO的协同作用可以通过改变Na + 配位的*CO的振动行为来更有效地促进C-C偶联。对于氢化步骤，协同效应通过显著降低水网络的连接性和限制H + 转移来抑制HER以及C 1 前驱体*COH或*CHO的形成，同时不影响*OCCO氢化。因此，Na + 和DMSO之间的协同作用可以显著促进C 2+ 产物的形成。

要点3. 结果表明，与纯NaHCO 3 电解质相比，NaHCO3和DMSO混合电解质在50 mA/cm 2 下，C 2 的法拉第效率从9.3%提高到57%，HER的法拉第效率为20%，这可以显著提高C 2 产物的选择性。

这项工作为阳离子和非质子溶剂在CO 2 RR中的协同作用提供了直接的分子水平证据，有助于填补影响CO 2 还原反应动力学的动态电极-电解质界面微环境领域的研究空白。

研究图文

图1. 通过AIMD模拟，探索阳离子和非质子溶剂在现实反应条件下的协同作用，并提出优化C 2+ 产物选择性的策略。

图2. 平衡AIMD轨迹的四个研究系统的微观环境。

图3. 协同效应对C-C偶联动力学的影响。

图4. 促进C-C耦合的内在原因。

图5. 协同效应对*CO和*OCCO*中间体加氢动力学以及HER性能的影响。

图6. 不同电解质中的电催化CO 2 RR测量。

文献详情

Accelerating the Reaction Kinetics of CO 2 Reduction to MultiCarbon Products by Synergistic Effect between Cation and Aprotic Solvent on Copper Electrodes

Xiaowan Bai, Chaojie Chen, Xunhua Zhao, Yehui Zhang Yao Zheng, Yan Jiao*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202317512

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