双电层（EDL）的作用主要涉及电解质的组成和相互作用，对催化过程有重要影响。迫切需要研究电解质成分的作用，并加深研究人员对EDL效应的理解。
2024年11月23日，华东理工大学李春忠教授、江宏亮教授团队在ACS Catalysis期刊发表题为“Anionic Surfactant-Tuned Interfacial Water Reactivity Promoting Electrocatalytic CO2 Reduction”的研究论文，团队成员Ge Wangxin为论文第一作者，河南师范大学王海燕副教授、江宏亮教授、李春忠教授为论文共同通讯作者。
该研究在一系列具有不同官能团的阴离子表面活性剂中调节水活性，以调节H2的析氢活性和CO2的还原选择性。该研究证明了这些阴离子表面活性剂在阴极电位下的局部反应环境中具有活性。阴离子表面活性剂形成了强大的界面氢键网络，从而提高了CO2对CO的选择性。该网络降低了水的解离活性，促进了CO2还原过程中的氢化步骤。值得注意的是，含有阴离子表面活性剂的电解液提高了CO2还原性能，在-1.2 V vs. RHE下，CO的法拉第效率分别为89.7% （RSO3-, SDS），97.5%（RSO4-, SLS），98.4%（RPO42-, SMP）和98.9% （RCOO-, SL），优于空白的KHCO3电解液（53.1%）。该研究强调了阴离子添加剂对CO2RR的重要影响。
DOI：10.1021/acscatal.4c05541
研究人员将微量阴离子表面活性剂作为电解质添加剂加入到KHCO3电解质中，以提高CO2RR。以Ag箔为模型催化剂，研究了多种含有阴离子表面活性剂的电解质，包括十二烷基磺酸钠（SDS），十二烷基硫酸钠（SLS），单十二烷基磷酸钠（SMP）和月桂酸钠（SL）。利用电化学阻抗谱（EIS）和原位衰减全反射表面增强红外吸收谱（ATR-SEIRAS）研究了阴离子表面活性剂在带电电极-电解质界面的调节机理。与阳离子表面活性剂十二烷基溴化三铵（DTAB）相比，阴离子表面活性剂不会吸附在电极表面。相反，它会影响电极表面附近的局部水环境。结合密度泛函理论DFT计算，阐明了CO选择性的增强是由于氢键网络的增强。该网络降低了水解离的活性，从而促进了CO2RR的质子偶联途径。值得注意的是，H键的强度会随着阴离子基团的各向同性而增强。因此，含有阴离子表面活性剂的电解质表现出优异的CO2-CO转化选择性，在-1.2 V vs RHE下，其FE分别为89.7%（SDS），97.5%（SLS），98.4（SMP）和98.9%（SL），优于空白的KHCO3电解质（53.1%）。该研究强调了阴离子-水相互作用在局部反应环境中的重要性，拓宽了电催化电解质的范围。
总之，该研究表明，优化电解质组成可以显著影响电化学反应的途径。研究人员在空白的KHCO3电解液中加入了一系列阴离子表面活性剂作为添加剂，在-1.2 VRHE下，CO的法拉第效率分别为89.7%（SDS），97.5%（SLS），98.4%（SMP）和98.9%（SL）。通过EIS和原位ATR-SEIRAS分析，研究人员发现阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂表现出不同的催化机理。阴离子表面活性剂通过静电力被排斥出电极表面，并调节局部反应环境，调节界面水活性。将这些发现与DFT计算相结合，确定了CO选择性的增强是由于阴离子表面活性剂增强了氢键网络，从而降低了水的解离活性并影响了质子偶联动力学。值得注意的是，HER的Volmer步骤被明显抑制，促进了CO2RR的加氢过程。该研究不仅阐明了阴离子表面活性剂调节电极-电解质界面局部反应环境的机理，而且为理解组分间相互作用与催化反应之间的联系提供了一个模型。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
