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二氧化碳電化學(xué)還原中C-O鍵斷裂的新機(jī)理

來(lái)源: X-MOL 2017-06-20 09:49:10

近年來(lái)，電化學(xué)作為一種清潔的能源，在燃料電池、鋰電池、電解水等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。但由于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的限制，在分子層面上認(rèn)識(shí)電化學(xué)的反應(yīng)機(jī)理還存在很多挑戰(zhàn)。隨著理論計(jì)算技術(shù)的逐漸提高，基于密度泛函理論（DFT）的分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）提供了更大的可行性來(lái)研究電化學(xué)界面上的反應(yīng)機(jī)理。更重要的是，由于電化學(xué)界面的復(fù)雜性，很多基于氣-固界面上對(duì)于催化反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，并不能簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)移到電化學(xué)界面上。例如，在水和電子的輔助下，一些在氣-固界面上很難發(fā)生的化學(xué)鍵形成和斷裂過(guò)程，可以在電化學(xué)界面上發(fā)生。

廈門大學(xué)孫世剛教授（點(diǎn)擊查看介紹）課題組長(zhǎng)期致力電催化反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)研究。以二氧化碳的電催化還原為例，C-O鍵的活化有兩種途徑：表面途徑和質(zhì)子電子傳遞途徑。表面途徑和在氣固界面的催化反應(yīng)類似，即C-O鍵的活化斷裂必須通過(guò)兩個(gè)表面原子的路徑（COOH* + * → CO* + OH*），生成吸附態(tài)的一氧化碳（CO*）和羥基（OH*）。然而在電化學(xué)界面上，在一定的電位下，可以通過(guò)質(zhì)子電子傳遞來(lái)活化C-O鍵，無(wú)需第二個(gè)表面原子的參與（COOH* + H+ + e-→ CO* + H2O），生成的水分子隨即進(jìn)入溶液。這一機(jī)理可以很好地解釋為什么很多單原子催化劑也可以高效催化二氧化碳還原。該成果近期發(fā)表在Chemical Communications 上。

孫世剛教授簡(jiǎn)介

曾任廈門大學(xué)副校長(zhǎng)兼研究生院院長(zhǎng)，2015年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士，現(xiàn)任Electrochimica Acta 雜志副主編；主要研究方向：電催化、表界面過(guò)程，能源電化學(xué)（燃料電池、鋰離子電池），納米材料電化學(xué)，側(cè)重于固/液界面環(huán)境中原子分辨率的表面結(jié)構(gòu)與性能以及分子水平的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)研究。

催化

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