Cation-Induced Interfacial Hydrophobic Microenvironment Promotes the C–C Coupling in Electrochemical CO 2 Reduction

化学 电化学 联轴节(管道) 电解质 氢键 离子键合 化学物理 氢 吸附 无机化学 金属 碱金属 分子 离子 电极 物理化学 有机化学 工程类 机械工程
作者
Xinzhe Yang,Haowen Ding,Shunning Li,Shisheng Zheng,Jian‐Feng Li,Feng Ming Pan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (8): 5532-5542 被引量:238
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13602
摘要

The electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) toward C 2 products is a promising way for the clean energy economy. Modulating the structure of the electric double layer (EDL), especially the interfacial water and cation type, is a useful strategy to promote C–C coupling, but atomic understanding lags far behind the experimental observations. Herein, we investigate the combined effect of interfacial water and alkali metal cations on the C–C coupling at the Cu(100) electrode/electrolyte interface using ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations with a constrained MD and slow-growth approach. We observe a linear correlation between the water-adsorbate stabilization effect, which manifests as hydrogen bonds, and the corresponding alleviation in the C–C coupling free energy. The role of a larger cation, compared to a smaller cation (e.g., K + vs Li + ), lies in its ability to approach the interface through desolvation and coordinates with the *CO+*CO moiety, partially substituting the hydrogen-bonding stabilizing effect of interfacial water. Although this only results in a marginal reduction of the energy barrier for C–C coupling, it creates a local hydrophobic environment with a scarcity of hydrogen bonds owing to its great ionic radius, impeding the hydrogen of surrounding interfacial water to approach the oxygen of the adsorbed *CO. This skillfully circumvents the further hydrogenation of *CO toward the C 1 pathway, serving as the predominant factor through which a larger cation facilitates C–C coupling. This study unveils a comprehensive atomic mechanism of the cation–water–adsorbate interactions that can facilitate the further optimization of the electrolyte and EDL for efficient C–C coupling in CO 2 RR.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI2S的应助被愉快的孤容采纳,获得10
刚刚
刚刚
刚刚
陈爽完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
白华苍松发布了新的文献求助20
2秒前
zz完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
2秒前
李健的小迷弟的应助被lll采纳,获得10
3秒前
3秒前
热心起眸完成签到,获得积分10
3秒前
在望完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
lulu发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
neko完成签到,获得积分10
5秒前
jiayu发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
wuyun9653发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
7秒前
7秒前
7秒前
8秒前
xyy发布了新的文献求助10
8秒前
穆夏完成签到 ,获得积分10
9秒前
masirui的应助被Chen采纳,获得10
9秒前
默默冬瓜完成签到,获得积分20
9秒前
滴滴答答的应助被山蒲采纳,获得10
9秒前
10秒前
卤笋发布了新的文献求助10
10秒前
isonomia发布了新的文献求助200
10秒前
香蕉觅云的应助被娜娜采纳,获得10
11秒前
kjdgahdg发布了新的文献求助10
11秒前
科研通AI2S的应助被灵巧绿海采纳,获得10
11秒前
时光发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
西大喜完成签到,获得积分10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Représentation chimique de la structure des kérogènes et des asphaltènes en fonction de leur origine et de leur degré d'évolution 800
Oncology Clinical Trials: Successful Design, Conduct, and Analysis, Second Edition 800
Stochastic Models in Operations Research,Vol. 2 600
Organizational Behavior 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8055283
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9481707
关于积分的说明 21309039
捐赠科研通 7623095
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3394331
关于科研通互助平台的介绍 2525297
邀请新用户注册赠送积分活动 2432488