From Dopant Periodicity to Asymmetric Sites: Steering C─C Coupling in Single‐Atom Alloy Catalysts for Electrochemical CO 2 Reduction

掺杂剂 密度泛函理论 催化作用 材料科学 电化学 化学物理 联轴节(管道) 选择性 混合功能 计算化学 从头算量子化学方法 电解质 合金 Pourbaix图 电子转移 从头算 分子动力学 交换电流密度 还原(数学) 多相催化 电子结构 剥离(纤维) 纳米技术 化学 不对称 化学工程 人口 氧化还原 分子 物理化学
作者
Tianwei He,Rongxing Sun,Ran Shi,Xinqi Chen,Tong Zhou,Yun Han,Feng Liu,Cui Hao,Haobo Li,Qingju Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (4): e20426-e20426 被引量:8
标识
DOI:10.1002/anie.202520426
摘要

Abstract The electrochemical reduction of CO 2 into multicarbon (C 2⁺ ) products is a promising strategy for producing sustainable fuels and chemicals, but conventional Cu catalysts suffer from poor selectivity and limited efficiency. Single‐atom alloys (SAAs), in which isolated dopants are incorporated into a Cu host, offer an atomic‐scale platform to modulate surface chemistry. Here we report a systematic theoretical investigation of 29 Cu‐based SAAs, combining grand‐canonical density functional theory, surface Pourbaix diagrams, and constant‐potential ab initio molecular dynamics with explicit solvation. We uncover a general non‐monotonic periodic trend in adsorbate binding strength—strong → weak → strong—arising from dopant‐induced perturbations of the Cu electronic structure. This universal trend provides a guiding principle: asymmetric active sites, formed by the coexistence of strong‐ and weak‐binding motifs, enable more favorable *CO–*CO coupling and thereby enhance selectivity toward C 2⁺ products. Importantly, we identify net electron transfer from dopant to host as an effective and easily computable descriptor for rapidly screening SAA candidates with low C─C coupling barriers. Guided by this framework, we highlight ScCu, VCu, ZrCu, NbCu, and TaCu as promising SAAs, exhibiting suppressed hydrogen evolution, electrochemical robustness, and efficient C─C bond formation. In particular, NbCu(111) displays a low C─C coupling barrier of 0.87 eV and a thermodynamically viable pathway to ethanol, confirmed under realistic electrolyte conditions. These findings establish atomic‐scale asymmetry as a general design paradigm for advancing SAAs catalysts in CO 2 electroreduction.
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
刚刚
1秒前
niha发布了新的文献求助10
1秒前
green发布了新的文献求助10
2秒前
科研通AI6.3应助专注黄豆采纳,获得10
2秒前
88heiyo完成签到,获得积分20
5秒前
领导范儿应助reck采纳,获得10
5秒前
Yun yun发布了新的文献求助10
5秒前
Johan完成签到 ,获得积分10
6秒前
发发扶发布了新的文献求助10
6秒前
wpz发布了新的文献求助30
7秒前
Shengkun发布了新的文献求助10
7秒前
草莓味脆啵啵完成签到,获得积分20
9秒前
科研通AI2S应助陈志春采纳,获得10
9秒前
zhj完成签到,获得积分10
10秒前
10秒前
黄小鱼完成签到,获得积分10
11秒前
呵呵应助高大的傲雪采纳,获得10
11秒前
12秒前
rainciochew完成签到 ,获得积分10
12秒前
Qvby3完成签到 ,获得积分10
13秒前
Noob_saibot发布了新的文献求助150
14秒前
v0id应助Yun yun采纳,获得10
15秒前
17秒前
帽帽完成签到,获得积分10
17秒前
科研通AI6.2应助wangxue采纳,获得10
19秒前
19秒前
帽帽发布了新的文献求助10
20秒前
PPSlu完成签到,获得积分10
21秒前
企鹅完成签到,获得积分10
24秒前
QiangWang1991发布了新的文献求助10
24秒前
shunshun51213完成签到,获得积分10
24秒前
阿拉斯嘉完成签到,获得积分10
25秒前
26秒前
niha完成签到,获得积分10
26秒前
可爱的函函应助西瓜瓜采纳,获得10
27秒前
陈志春完成签到,获得积分10
29秒前
小文完成签到,获得积分10
29秒前
隐形曼青应助llll采纳,获得10
30秒前
aajhajkahna应助heihei采纳,获得10
31秒前
高分求助中
Markov Chain Monte Carlo 10000
(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
Common Foundations of American and East Asian Modernisation: From Alexander Hamilton to Junichero Koizumi 5000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Discerning Saints: Moralization of Intrinsic Motivation and Selective Prosociality at Work 500
Handbuch Trainingswissenschaft – Trainingslehre 500
Additive Manufacturing Design and Applications (ASM Handbook, Volume 24A) 500
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 7584819
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9163293
关于积分的说明 19610565
捐赠科研通 7166485
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3266522
关于科研通互助平台的介绍 2431552
邀请新用户注册赠送积分活动 2258166