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從分子尺度理解固液界面具有非常大的難度和挑戰，但是同時對于研究反應體系的環境對電催化反應動力學的影響必不可少。堿金屬陽離子（M⁺）是固液界面的重要組成部分，研究發現界面堿金屬陽離子是引發CO₂還原反應的關鍵，而且通過將陽離子從Li⁺變為Cs⁺，能夠增強CO₂還原反應的選擇性和催化活性。

有鑒于此，清華大學康飛宇、李佳等使用顯示溶劑和強化采樣的分子動力學理論計算模擬，系統研究Cu催化劑表面堿金屬陽離子對CO₂還原反應的影響。

本文要點：

（1）

我們研究發現當堿金屬由Li⁺變為Cs⁺，由于M⁺與*CO₂之間配位能力的改變，導致CO₂的活化能能壘單調遞減。此外，我們研究發現研究CO₂還原反應需要考慮競爭性HER反應從而更好的認識堿金屬陽離子在Cu催化劑表面的影響，由于堿金屬M⁺的存在能夠使得H⁺陽離子從表面剝離并且被M⁺約束。

（2）

這些研究結果說明電化學環境設計的重要作用，說明顯示溶劑化以及考慮競爭性反應對于理論研究CO₂還原的重要性。

參考文獻

Zhang, Z., Li, H., Shao, Y. et al. Molecular understanding of the critical role of alkali metal cations in initiating CO₂ electroreduction on Cu(100) surface. Nat Commun 15, 612 (2024)

DOI: 10.1038/s41467-024-44896-x

https://www.nature.com/articles/s41467-024-44896-x