CO2-to-methanol electroconversion on a molecular cobalt catalyst facilitated by acidic cations

化学 催化作用 质子化 无机化学 质子 甲醇 溶剂化 碱金属 电子转移 电解质 动力学同位素效应 金属 离子 光化学 物理化学 电极 有机化学 物理 量子力学
作者
Sunmoon Yu,Hiroki Yamauchi,Junghwa Kim,Botao Huang,Hongbin Xu,Daniel J. Zheng,Xiao Renshaw Wang,Haldrian Iriawan,Davide Menga,Yang Shao‐Horn
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2023-20v8p
摘要

The crucial role of electrolyte cations in CO2 electroreduction has received intensive attention. One prevailing theory is that through electrostatic interactions or direct coordination, larger cations such as Cs+ can better stabilize the key intermediate species for CO and multicarbon (C2+) product generation, for example, on silver and copper. Herein, we show that smaller, acidic alkali metal cations greatly enhance CO2-to-methanol conversion kinetics (Li+ > Na+ > K+ > Cs+) on an immobilized molecular cobalt catalyst unlike the trend for CO and C2+. Through kinetic isotope effect studies and electrokinetic analyses, we found that hydration shell of a cation serves as a proton donor in the rate-determining protonation step of adsorbed CHO where acidic cations promote the proton-coupled electron transfer. This study reveals the promotional effect of cation solvation environment on CO2 electroreduction beyond the widely acknowledged stabilizing effect of cations.
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