Electron-Rich Subnanometer Cu Clusters Facilitate CO–CO Coupling in CO 2 Electroreduction

化学 化学物理 星团(航天器) 密度泛函理论 格式化 电子结构 亚稳态 电化学 联轴节(管道) 电子转移 人口 计算化学 反应性(心理学) 吸附 蒙特卡罗方法 轨道重叠 从头算量子化学方法 基本电荷 电催化剂 自然键轨道 分子动力学 催化作用 金团 电荷(物理) 赫巴德模型 分子轨道 分子物理学 电子 从头算 电子效应 纳米结构 分子 结晶学 静电学 晶体结构 纳米技术 化学键
作者
Jinze Zhu,Jia-Lan Chen,Xin-Ze Qi,Jianwen Zhao,Xuechun Jiang,Wei-Xue Li,Jin-Xun Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (4): 4008-4019 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.5c12495
摘要

Subnanometer copper clusters supported on functional substrates have emerged as promising catalysts for electrochemical CO2 reduction (eCO2RR) to multicarbon (C2+) products. However, the mechanistic origin of their superior C-C coupling activity remains elusive. Here, we combine machine learning-accelerated grand canonical Monte Carlo sampling with grand canonical density functional theory to reveal how the electronic and structural features of the g-C3N4-supported Cu8 cluster promote CO-CO dimerization. Under increasingly negative potentials, CO adsorption is thermodynamically favored, whereas formate adsorption is suppressed, increasing both the intrinsic reactivity and the statistical likelihood of C-C bond formation. Relative to an extended Cu(100) surface, Cu8 clusters exhibit lower CO-CO coupling barriers via purely top-bound CO adsorption. This is driven by their undercoordinated Cu atoms, which incur a larger positive shift in the potential of zero charge (UPZC) and accumulate more excess electronic charge. These factors enhance Cu-OCCO orbital hybridization and stabilize the OCCO intermediate through strong electrostatic interactions induced by field-dipole coupling. Although some metastable Cu8 isomers are intrinsically active, CO-saturated global-minimum Cu8(CO)15 species dominate under operating conditions because of their high population and favorable kinetics. Our findings highlight the critical roles of the electronic structure and cluster geometry in mediating electron transfer and intermediate stabilization, yielding transferable design rules to enhance valuable-product formation across electrocatalytic platforms.
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AI6.2应助YF采纳,获得10
1秒前
fb12000发布了新的文献求助10
2秒前
linziqi完成签到,获得积分10
4秒前
Lucas应助DRDOC采纳,获得10
4秒前
5秒前
壮观海云完成签到,获得积分10
6秒前
fb12000完成签到,获得积分10
7秒前
大方的觅海完成签到,获得积分10
9秒前
Larson发布了新的文献求助100
10秒前
10秒前
赘婿应助cy采纳,获得10
10秒前
wakgyl应助陈法国采纳,获得50
11秒前
11秒前
12秒前
Lucas应助111111采纳,获得10
13秒前
爆米花应助hyl采纳,获得10
13秒前
愉快海雪发布了新的文献求助10
13秒前
wulanshu发布了新的文献求助10
15秒前
YEYE完成签到 ,获得积分10
15秒前
可爱的函函应助CT采纳,获得10
15秒前
16秒前
hzs完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
18秒前
18秒前
18秒前
19秒前
DRDOC发布了新的文献求助10
20秒前
20秒前
天行健完成签到,获得积分10
20秒前
TaiZz完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
赘婿应助wulanshu采纳,获得10
23秒前
24秒前
Lycoris林曦发布了新的文献求助10
24秒前
Curiosity发布了新的文献求助10
24秒前
顺心的匪发布了新的文献求助10
25秒前
优雅若蕊发布了新的文献求助10
26秒前
asdasd应助vv采纳,获得10
26秒前
Corleone完成签到,获得积分10
26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
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 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 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7740661
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9289266
关于积分的说明 20194926
捐赠科研通 7318873
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3306487
关于科研通互助平台的介绍 2458764
邀请新用户注册赠送积分活动 2316727