Effect of Halide Anions on the Electroreduction of CO2 to C2H4: A Density Functional Theory Study**

卤化物 化学 密度泛函理论 电化学 解吸 催化作用 反应机理 无机化学 电解质 物理化学 光化学 计算化学 吸附 电极 有机化学
作者
Xifei Ma,Lu Xing,Xiaoqian Yao,Xiangping Zhang,Lei Liu
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:24 (3) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/cphc.202200502
摘要

Abstract The halide anions present in the electrolyte improve the Faradaic efficiencies (FEs) of the multi‐hydrocarbon (C 2+ ) products for the electrochemical reduction of CO 2 over copper (Cu) catalysts. However, the mechanism behind the increased yield of C 2+ products with the addition of halide anions remains indistinct. In this study, we analysed the mechanism by investigating the electronic structures and computing the relative free energies of intermediates formed from CO 2 to C 2 H 4 on the Cu (100) facet based on density functional theory (DFT) calculations. The results show that formyl *CHO from the hydrogenation reaction of the adsorbed *CO acts as the key intermediate, and the C−C coupling reaction occurs preferentially between *CHO and *CO with the formation of a *CHO‐CO intermediate. We then propose a free‐energy pathway of C 2 H 4 formation. We find that the presence of halide anions significantly decreases the free energy of the *CHOCH intermediate, and enhances desorption of C 2 H 4 in the order of I − >Cl − >Br − >F − . Lastly, the obtained results are rationalized through Bader charge analysis.
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