Mechanism of CO2 Reduction at Copper Surfaces: Pathways to C2 Products

密度泛函理论 电解质 电化学 化学物理 反应机理 化学 还原(数学) 电荷密度 机制(生物学) 电极 计算化学 催化作用 物理化学 物理 量子力学 数学 有机化学 几何学
作者
Alejandro J. Garza,Alexis T. Bell,Martin Head‐Gordon
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:8 (2): 1490-1499 被引量:659
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b03477
摘要

On the basis of constraints from reported experimental observations and density functional theory simulations, we propose a mechanism for the reduction of CO2 to C2 products on copper electrodes. To model the effects of an applied potential bias on the reactions, calculations are carried out with a variable, fractional number of electrons on the unit cell, which is optimized so that the Fermi level matches the actual chemical potential of electrons (i.e., the applied bias); an implicit electrolyte model allows for compensation of the surface charge so that neutrality is maintained in the overall simulation cell. Our mechanism explains the presence of the seven C2 species that have been detected in the reaction, as well as other notable experimental observations. Furthermore, our results shed light on the difference in activities toward C2 products between the (100) and (111) facets of copper. We compare our methodologies and findings with those in other recent mechanistic studies of the copper-catalyzed CO2 reduction reaction.
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