針尖增強電催化二氧化碳還原機理取得重要進展
電催化二氧化碳還原反應(yīng)提供了一種將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎没ぴ锨噎h(huán)境友好的途徑。由于二氧化碳分子具有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性，研究人員花費了大量的精力去尋找合適的催化劑。最近的一個實驗工作發(fā)現(xiàn)，通過在反應(yīng)電極上修飾針尖可以大大提高反應(yīng)速率和效率，但是當嘗試從降低催化反應(yīng)能壘的角度去認識其內(nèi)在機理時發(fā)現(xiàn)，理論上反應(yīng)能壘降低導(dǎo)致的反應(yīng)速率增加至少高于實際反應(yīng)速率七個量級以上。這種巨大的差異表明，針尖增強電催化二氧化碳還原反應(yīng)存在著一種比降低反應(yīng)能壘更加復(fù)雜的機理。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)江慧軍博士、侯中懷教授及羅毅教授建立了一種涵蓋吸脫附、表面擴散、二氧化碳相關(guān)還原反應(yīng)及局域場致物質(zhì)輸運的統(tǒng)計力學(xué)模型，由體系的自由能泛函出發(fā)，推導(dǎo)出體系時空動力學(xué)演化滿足的動力學(xué)方程。該理論模型很好的還原了實驗中發(fā)現(xiàn)的針尖增強二氧化碳還原反應(yīng)及一氧化碳生成速率隨電極電勢改變的非單調(diào)變化。通過對體系動力學(xué)的計算發(fā)現(xiàn)，針尖增強的二氧化碳還原反應(yīng)強烈依賴于局域場致物質(zhì)輸運及二氧化碳的電極表面吸附，而對二氧化碳相關(guān)還原反應(yīng)的能壘變化不敏感。表明針尖增強電催化二氧化碳還原反應(yīng)的總包反應(yīng)速率和效率主要是由體系的動力學(xué)因素控制，從而為進一步提高體系的催化速率和效率提供了新的方向。同時，該研究也提醒在以后電催化反應(yīng)機理的理論研究中，體系的動力學(xué)因素應(yīng)是不可或缺的一部分，從而為設(shè)計新催化劑提供正確的理論基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果于2017年11月27日以“Unraveling the Mechanism for the Sharp-Tip Enhanced Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction: The Kinetics Decide”為題，發(fā)表于《Angewandte Chemie》上（Angew. Chem. Int. Ed., 56, 15619 (2017)）。該項研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。
http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/anie.201708825/abstract
版權(quán)與免責聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com