電化學二氧化碳還原反應（CO2RR）生成C2產物是清潔能源經濟的一種有前途的方法。調節雙電層（EDL）結構，特別是界面水和陽離子類型，是促進C?C耦合的有效策略，但原子理解遠遠落后于實驗觀察。
在此，廈門大學Shisheng Zheng，北京大學深圳研究生院Feng Pan使用約束MD和慢增長方法的從頭分子動力學(AIMD)模擬，研究了界面水和堿金屬陽離子對Cu(100)電極/電解質界面C?C耦合的綜合影響。
文章要點
1）研究人員觀察到水吸附物穩定效應（表現為氫鍵）與相應的C?C耦合自由能減輕之間的線性相關性。
2）與較小的陽離子（例如K+與Li+）相比，較大陽離子的作用在于其能夠通過去溶劑化接近界面并與*CO+*CO部分配位，部分取代界面的氫鍵穩定作用水。雖然這只能略微降低C?C耦合的能壘，但由于其離子半徑大，它創造了一個缺乏氫鍵的局部疏水環境，阻礙了周圍界面水的氫接近界面水的氧。吸附*CO。這巧妙地避免了*CO向C1途徑的進一步氫化，成為較大陽離子促進C?C偶聯的主要因素。
這項研究揭示了陽離子-水-吸附質相互作用的全面原子機制，可以促進電解質和EDL的進一步優化，以實現CO2RR中有效的C-C耦合。
參考文獻
Xinzhe Yang, et al, Cation-Induced Interfacial Hydrophobic Microenvironment Promotes the C?C Coupling in Electrochemical CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc., 2024
DOI: 10.1021/jacs.3c13602
https://doi.org/10.1021/jacs.3c13602
