动力学分析揭示CO2电还原活性位点CO吸附自由能

《Nature Catalysis》：Determining CO adsorption free energies on CO2 electroreduction active sites through kinetic analysis

本研究针对CO吸附自由能（ΔGCOads）在CO2电还原（CO2R）反应条件下缺乏实验测量方法的难题，通过结合动力学模型与旋转环盘电极伏安法，首次实现了对多种产CO催化剂活性位点ΔGCOads的定量评估，揭示了催化剂类型、阳离子环境、电位及表面结构对CO吸附的多因素调控机制，为理解Cu催化剂独特的多碳产物生成能力提供了关键实验依据。

　　

通过动力学分析确定二氧化碳电还原（CO₂R）活性位点上一氧化碳吸附自由能（ΔG_CO^ads）的研究表明，尽管ΔG_CO^ads被提议作为解释和预测不同电催化剂上CO₂还原活性的关键描述符，但在实际反应条件下实验测定该参数的方法仍然缺失。为此，研究人员开发了一种将动力学模型与旋转环盘电极（RRDE）伏安法相结合的新策略，用以估算在CO₂R过程中各种产一氧化碳催化剂活性位点上的ΔG_CO^ads。研究结果揭示，一氧化碳吸附行为受到催化剂类型、阳离子特性与浓度、施加电位以及表面结构等多种因素的复杂影响。特别值得注意的是，在金（Au）和铜（Cu）催化剂的CO₂R产CO活性位点上，测得的ΔG_CO^ads差异很小，这暗示仅凭产CO活性位点的ΔG_CO^ads不足以解释铜催化剂所独有的、能够以可观速率将CO₂催化转化为多碳产物的非凡能力。此项工作凸显了在CO₂R条件下评估CO吸附行为的复杂性，并为定量表征产CO催化剂上的ΔG_CO^ads提供了一个坚实的实验框架。