Discovering Descriptors for CO 2 ‐to‐Methanol Electrosynthesis on Cu‐Based Alloy Catalysts by Machine Learning

电合成 合金 催化作用 甲醇 材料科学 冶金 化学工程 化学 电化学 工程类 物理化学 电极 有机化学
作者
Lu Song,Chao Yang,Huining Wang,Yuanyuan Xue,Ximeng Lv,Cejun Hu,Lijuan Zhang,Gengfeng Zheng
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adsu.202501190
摘要

Abstract The electrochemical CO 2 reduction reaction to methanol (CH 3 OH) suggests an attractive approach toward carbon neutrality, while the activity and selectivity of CO 2 ‐to‐CH 3 OH are substantially low compared to most of the other C 1 products like CH 4 , largely due to the much less preferred thermodynamic CH 3 OH formation pathway and the limited capability of controlling the adsorption of key intermediates toward CH 3 OH. Herein, a machine learning approach with first‐principles calculations is demonstrated to identify key descriptors that govern the protonation of * CO intermediates and prevent C─C coupling, which are critical factors in determining product selectivity toward the CH 3 OH formation. Datasets linking the intrinsic structural properties of heteroatom‐doped Cu catalysts to their catalytic performances are developed, among which the Bader charge, bond length, and d ‐band center are determined to be the key descriptors. The electronic structure analysis reveals that RhCu alloys demonstrate both enhanced selectivity and catalytic activity for the CO 2 ‐to‐CH 3 OH synthesis, with the d ‐band center shifting toward the Fermi level by 0.18 eV. This shift mitigates the competing hydrogen evolution reaction and simultaneously enhances the adsorption of key intermediates ( * CHO and * CO). This work presents a cost‐effective data‐driven approach for designing high‐performance Cu‐based catalysts toward selective CO 2 ‐to‐CH 3 OH electrosynthesis.
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