JACS:桥键*CO,电化学CO2还原形成C2+产物的重要活性物质

文摘   2024-11-01 18:02   湖南  

有机电催化QQ群: 692419836

研究背景

在铜基催化剂上进行电化学二氧化碳还原反应(eCO2RR)生成多碳产品,已成为一种很有前景的碳循环利用方法,从而减少了对化石燃料的依赖。该过程主要涉及将CO2电转化为吸附的*CO。然后,*CO中间体参与CO-CO偶联,这通常被认为是形成更复杂产物(如乙烯、乙酸盐、1-丙醇等)的速率决定步骤。在铜基催化剂上的eCO2RR中,线性键合CO(*COL)通常被认为是CO-CO偶联步骤的关键中间体,这会导致多碳产物的形成。但*CO在eCO2RR过程中在特定条件下可以形成桥吸附构型(*COB)。虽然许多光谱研究已经研究了铜表面上*CO的性质及其对反应性的影响,但这些研究是基于放置在传统H池中的Cu盘,以其低CO2传质而闻名。因此,所获得的结果可能与流动池的反应性数据没有直接关系,而流动池越来越多地被考虑用于工业规模的eCO2RR。

本文要点

1. 揭示了桥键*CO(*COB)作为活性物种的重要作用。通过结合原位拉曼光谱、气相色谱和液相色谱以及密度泛函理论(DFT)模拟,表明吸附的*OH结构域将*COL置换为*COB
2. 12CO+13CO2共进料的电还原表明,*COB明显有利于乙酸和1-丙醇的生产,而*COL有利于乙烯和乙醇的形成。
3. 这项工作加深了对eCO(2)RR 复杂机理的理解,并为通过改变表面物种的竞争性吸附来设计操作条件提出了新的方向,从而将反应引向特定的多碳产物。

图文内容

Figure 1. Normalized Raman spectra obtained during (a) eCO2RR and (b) eCORR on a Cu GDE mounted in a flow cell at OCP (open circuit potential) and from −0.6 to −1.4 VSHE.

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.



Figure 2. Normalized Raman spectra obtained for eCORR on a Cu GDE mounted in (a) H-cell and (b) flow cell at OCP and from −0.6 to −1.4 VSHE in 0.5 M K2SO4 (pH 7) electrolyte.

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.



Figure 3. Normalized Raman spectra obtained during eCORR on a Cu GDE mounted in a flow cell at OCP and from −0.6 to −1.4 VSHE in (a) 1 M KH2PO4 + H3PO4 (pH 2) and (b) 1 M KOH (pH 14) electrolytes.

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.



Figure 4. Normalized Raman spectra measured during CO+CO2 (molar ratio 1:3) electrolysis on a Cu GDE mounted in a flow cell in 1 M KOH electrolyte at −1.4 VSHE

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.



Figure 5. Cu(100) models with adsorbed *OHB stripes at medium (θOH = 1/3 ML) and high coverages (θOH = 1/2 ML).

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.



Scheme 1. Correlation between Increase of OH Coverage (θOH), *CO Adsorption Configuration Shifting from *COL to *COB, and Changes in Selectivity from Ethylene and Ethanol Production to Acetate and 1-Propanola

(图片来源:J. Am. Chem. Soc.

文献信息

Haibin Ma, Boon Siang Yeo*, et al. Electrochemical Formation of C2+ Products Steered by Bridge-Bonded *CO Confined by *OH Domains. J. Am. Chem. Soc. 2024.
DOI:10.1021/jacs.4c08755
https://doi.org/10.1021/jacs.4c08755

微信群统一为先添加小编微信 B297984,再拉大家进群(添加微信时请备注 姓名-学校)

IT'S RAINING NOW

推送总错过?公众号主

页右上角点击 设为星标  

有机电催化
持续关注、分享有机电催化领域科研动态
 最新文章