Cation-Induced Interfacial Hydrophobic Microenvironment Promotes the C–C Coupling in Electrochemical CO2 Reduction

化学 电化学 联轴节(管道) 电解质 氢键 离子键合 化学物理 吸附 无机化学 金属 碱金属 分子 离子 电极 物理化学 有机化学 机械工程 工程类
作者
Xinzhe Yang,Haowen Ding,Shunning Li,Shisheng Zheng,Jianfeng Li,Feng Pan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (8): 5532-5542 被引量:27
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13602
摘要

The electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) toward C2 products is a promising way for the clean energy economy. Modulating the structure of the electric double layer (EDL), especially the interfacial water and cation type, is a useful strategy to promote C–C coupling, but atomic understanding lags far behind the experimental observations. Herein, we investigate the combined effect of interfacial water and alkali metal cations on the C–C coupling at the Cu(100) electrode/electrolyte interface using ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations with a constrained MD and slow-growth approach. We observe a linear correlation between the water-adsorbate stabilization effect, which manifests as hydrogen bonds, and the corresponding alleviation in the C–C coupling free energy. The role of a larger cation, compared to a smaller cation (e.g., K+ vs Li+), lies in its ability to approach the interface through desolvation and coordinates with the *CO+*CO moiety, partially substituting the hydrogen-bonding stabilizing effect of interfacial water. Although this only results in a marginal reduction of the energy barrier for C–C coupling, it creates a local hydrophobic environment with a scarcity of hydrogen bonds owing to its great ionic radius, impeding the hydrogen of surrounding interfacial water to approach the oxygen of the adsorbed *CO. This skillfully circumvents the further hydrogenation of *CO toward the C1 pathway, serving as the predominant factor through which a larger cation facilitates C–C coupling. This study unveils a comprehensive atomic mechanism of the cation–water–adsorbate interactions that can facilitate the further optimization of the electrolyte and EDL for efficient C–C coupling in CO2RR.
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
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
1秒前
1秒前
汉堡包应助孤独问旋采纳,获得30
4秒前
Wells完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
上官若男应助宇哈哈采纳,获得10
7秒前
白犀牛完成签到,获得积分10
8秒前
科目三应助咩咩采纳,获得10
8秒前
丘比特应助PN_Allen采纳,获得10
8秒前
royal完成签到 ,获得积分10
9秒前
Hui_2023发布了新的文献求助10
10秒前
zwzxtx完成签到 ,获得积分10
11秒前
SciGPT应助坦率初柔采纳,获得10
11秒前
可爱的函函应助鲤鱼笑白采纳,获得10
12秒前
从容芮应助包容的吐司采纳,获得10
13秒前
墨岩完成签到,获得积分20
16秒前
16秒前
19秒前
22秒前
孤独问旋发布了新的文献求助30
22秒前
23秒前
lyf完成签到,获得积分20
25秒前
华仔应助南工菜研采纳,获得10
26秒前
饭勺小子发布了新的文献求助10
28秒前
29秒前
科研通AI2S应助孤独问旋采纳,获得10
30秒前
阿伟爱打球完成签到,获得积分10
31秒前
搞怪的凡蕾完成签到,获得积分10
31秒前
斩封发布了新的文献求助10
32秒前
思源应助郑迎浪采纳,获得10
35秒前
36秒前
娃哈哈大魔王完成签到,获得积分10
36秒前
大模型应助饭勺小子采纳,获得10
37秒前
淡淡的若冰应助房山芙采纳,获得10
39秒前
41秒前
香蕉觅云应助占小瓜采纳,获得10
41秒前
张大白发布了新的文献求助10
41秒前
Lucas应助背后的幻巧采纳,获得10
41秒前
44秒前
潇洒大开完成签到,获得积分20
44秒前
高分求助中
Evolution 10000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 600
Distribution Dependent Stochastic Differential Equations 500
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3157400
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2808877
关于积分的说明 7878622
捐赠科研通 2467207
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1313264
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 630369
版权声明 601919