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對固液界面的分子理解具有挑戰性，但對于闡明環境對電化學反應動力學的作用至關重要。堿金屬陽離子（M⁺）作為界面的重要組成部分，被發現對于在造幣金屬上引發二氧化碳還原反應（CO₂RR）是必需的，并且隨著陽離子的變化，CO₂RR的活性和選擇性可以進一步增強從Li⁺到Cs⁺，但其潛在機制尚不清楚。

在此，清華深圳國際研究生院Jia Li，康飛宇教授使用顯式溶劑化和增強采樣方法的從頭算分子動力學模擬，系統地研究了 M⁺ 在 Cu 表面 CO₂RR 中的作用。

文章要點

1）研究人員從Li⁺到Cs⁺，得到了單調遞減的CO₂活化勢壘，這是由于M⁺與*CO₂的配位能力不同。

2）此外，研究表明，必須同時考慮競爭性析氫反應，以了解堿金屬陽離子在銅表面 CO₂RR 中的關鍵作用，其中 H⁺ 被界面排斥并受到 M⁺ 的約束。

研究結果為電化學環境的設計提供了重要的見解，并強調了在 CO₂RR 理論模擬中明確包含溶劑化和競爭反應的重要性。

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://doi.org/10.1038/s41467-024-44896-x