In Situ Raman Spectroscopy Reveals the Multifunctional Role of Interfacial Water in CO2-to-C2 Electroreduction on Cu(hkl) Surfaces

化学 原位 拉曼光谱 光谱学 结晶学 分析化学(期刊) 有机化学 光学 物理 量子力学
作者
Yu Zhao,Qunqing Li,Quanfeng He,Peiwen Ren,D.Y. Zhang,Yaohui Wang,Jin‐Chao Dong,Shisheng Zheng,Yue-Jiao Zhang,Zhilin Yang,Jianfeng Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.5c08922
摘要

Interfacial water serves as both a proton donor and a competitor for active sites at the copper-catalyst interface in the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR). However, its precise impact on C2+ product selectivity remains debatable. Here, through the utilization of in situ Raman spectroscopy and theoretical calculations, we have discovered that the population of K+ cation hydrated water (K-H2O) rises concurrently with the increase of C2 yield on atomically flat model Cu(hkl) single crystal surfaces. The K+ not only stabilizes the *CO + *CO intermediate by direct coordination but also reshapes the configuration of solvated interfacial water to create a hydrogen-bond-absent environment. This prevents surrounding hydrogen from interacting with the *CO species, ingeniously suppressing its hydrogenation along the C1 pathway while promoting C-C coupling toward C2 products. Our results further clarify the CO2RR mechanism and provide definitive evidence that cationic hydrated water is critical to tuning the product selectivity.
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