二氧化碳电化学还原中C-O键断裂的新机理

近年来，电化学作为一种清洁的能源，在燃料电池、锂电池、电解水等领域受到了广泛的关注。但由于实验技术的限制，在分子层面上认识电化学的反应机理还存在很多挑战。随着理论计算技术的逐渐提高，基于密度泛函理论（DFT）的分子动力学模拟（MD）提供了更大的可行性来研究电化学界面上的反应机理。更重要的是，由于电化学界面的复杂性，很多基于气-固界面上对于催化反应机理的认识，并不能简单地转移到电化学界面上。例如，在水和电子的辅助下，一些在气-固界面上很难发生的化学键形成和断裂过程，可以在电化学界面上发生。

厦门大学孙世刚教授（点击查看介绍）课题组长期致力电催化反应机理的基础研究。以二氧化碳的电催化还原为例，C-O键的活化有两种途径：表面途径和质子电子传递途径。表面途径和在气固界面的催化反应类似，即C-O键的活化断裂必须通过两个表面原子的路径（COOH* + * → CO* + OH*），生成吸附态的一氧化碳（CO*）和羟基（OH*）。然而在电化学界面上，在一定的电位下，可以通过质子电子传递来活化C-O键，无需第二个表面原子的参与（COOH* + H⁺ + e^-→ CO* + H₂O），生成的水分子随即进入溶液。这一机理可以很好地解释为什么很多单原子催化剂也可以高效催化二氧化碳还原。该成果近期发表在Chemical Communications 上。

该论文作者为：Tian Sheng, Shi-Gang Sun

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Electrochemical reduction of CO₂ into CO on Cu(100): a new insight into the C-O bond breaking mechanism

Chem. Commun., 2017, 53, 2594-2597, DOI: 10.1039/C6CC08583K

孙世刚教授简介

曾任厦门大学副校长兼研究生院院长，2015年当选中国科学院院士，现任Electrochimica Acta 杂志副主编；主要研究方向：电催化、表界面过程，能源电化学（燃料电池、锂离子电池），纳米材料电化学，侧重于固/液界面环境中原子分辨率的表面结构与性能以及分子水平的电化学反应机理和反应动力学的基础研究。

http://www.x-mol.com/university/faculty/10342