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ACS Catalysis：電化學CO2還原為乙烯和乙醇的綜合機理：水-Cu(100)界面模型的溶劑效應

近日，泰國國家科學技術發展局（NSTDA）Pussana Hirunsit（通訊作者）等人報道了他們利用密度泛函理論（DFT）在顯式溶劑模型下模擬了CO₂在Cu(100)表面電還原乙烯和乙醇的反應機理。

綜合機制包括所有可能的途徑，這些途徑是通過考慮溶劑-中間相互作用、水動力學引起的結構能量變化以及顯式溶劑模型中不保證的全局最小結構而建立的，從而產生了一些有利的替代途徑。

由于乙烯和乙醇在Cu(100)表面分布的相似性以及CO₂電還原和CO電還原獲得的過電位，該研究排除了CO₂轉化為CO還原步驟，提出的機理從CO吸附步驟開始。結果表明，*CO-*CO耦合是動力學上最受歡迎的耦合類型。

然而，當*CO濃度增加時，C-C耦合步驟可以改變為*CO-*CHO或*CO-*COH耦合，并且在動力學上受到更大的抑制。C-O鍵的離解很重要，因為其可以分離通向乙烯的路徑，并且發現它在碳原子與氧原子結合的中間體中被充分氫化。

在中間體（*CH₂CH₂OH）中，C-O鍵的斷裂是可行的，可能對調節對乙烯或乙醇的選擇性產生重大挑戰。乙烯和乙醇路徑的分叉發生在質子化的后期，并且確定了分離路徑的關鍵中間體。

此外，該工作提供了水如何影響碳-碳耦合的能壘、碳-氧鍵解離以及關鍵中間體的穩定性的理論見解。這一結果提供了一個綜合的機理，為調節乙烯和乙醇的選擇性提供了指導，并深入了解了溶劑對CO₂電還原反應中間產物的影響。

Comprehensive Mechanism of CO₂ Electroreduction toward Ethylene and Ethanol: The Solvent Effect from Explicit Water-Cu(100) Interface Models. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c01486.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01486.

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