陽離子對CO2RR影響的潛在機制仍存在爭議。
在此,丹麥技術大學Xueping Qin,于韋斯屈萊大學Marko M. Melander通過約束密度泛函理論分子動力學(cDFTMD)和慢增長DFT-MD模擬CO2RR期間的外層電子轉移(OS-ET)和內層電子轉移(IS-ET)途徑來研究陽離子效應(SG-DFT-MD)。
文章要點
1)結果表明,在沒有任何陽離子的情況下,只有OS-ET是可行的,勢壘為1.21eV。在存在K+(Li+)的情況下,OS-ET顯示出非常高的勢壘2.93eV(4.15eV),因此被禁止。然而,陽離子通過IS-ET促進CO2活化,其勢壘僅為0.61eV(K+)和0.91eV(Li+),生成關鍵中間體(吸附的COδ-2)。
2)如果沒有陽離子,CO2到COδ-2(ads)的轉化就無法進行。研究結果揭示了陽離子效應是由與反應中間體的短程庫侖相互作用產生的。
這些結果揭示了陽離子調節CO2RR的內球和外球途徑,為初始CO2RR步驟中的陽離子特異性提供了重要的見解。
參考文獻
Qin, X., Hansen, H.A., Honkala, K. et al. Cation-induced changes in the inner- and outer-sphere mechanisms of electrocatalytic CO2 reduction. Nat Commun 14, 7607 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43300-4