ACS Catal：Cu(100)晶面CO2电化学还原生成乙烯、乙醇反应机理

纳米技术

2021-07-20

泰国国家纳米技术中心（Nanotec）Pussana Hirunsit等报道Cu(100)晶面上的CO₂电化学还原生成乙烯和乙醇的反应机理研究，作者对溶剂-中间体之间相互作用、水分子动力学导致结构能量变化、显式溶剂模型的可能最小结构模型进行研究，因此提出了几种可能性最高的反应过程。由于Cu(100)界面上CO₂电化学还原反应中生成乙烯、乙醇的过电势分布与CO电化学还原的过电势分布非常类似，因此作者排除CO₂还原为CO的过程，因此从CO的吸附和电化学还原作为反应起始。

本文要点：

（1）

反应结果显示*CO-*CO偶联反应是一种动力学优势反应，但是当吸附*CO浓度增加，动力学优势反应由C-C偶联反应转变为*CO-*CHO或者*CO-*COH偶联反应。C-O化学键的切断在反应过程中非常重要，因为这个过程能够生成乙烯，当碳原子与氢化的氧原子结合。

（2）

作者发现在后期反应中间体*CH₂CH₂OH中，切断C-O键的过程非常容易实现，因此有望实现调控反应生成乙烯或者乙醇的选择性。反应生成乙烯、乙醇的分支化在后期质子化过程中实现，作者揭示了其中的关键性中间体物种。

本文研究结果为揭示如何调控反应中乙烯、乙醇的选择性提供经验，为深入理解CO₂电化学还原反应中溶剂对反应中间体的影响提供经验。

参考文献

Jirapat Santatiwongchai, Kajornsak Faungnawakij, and Pussana Hirunsit*, Comprehensive Mechanism of CO₂ Electroreduction toward Ethylene and Ethanol: The Solvent Effect from Explicit Water–Cu(100) Interface Models, ACS Catal. 2021, 11, 9688–9701

DOI: 10.1021/acscatal.1c01486

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01486