用于增强二氧化碳电还原的阳离子溶剂化工程

《Sustainable Energy & Fuels》：Cation solvation engineering for enhanced CO2 electroreduction

选择性溶剂化工程抑制析氢促进二氧化碳电催化还原为甲烷，法拉第效率提升7.3倍，表面吸附与溶剂脱附能降低起关键作用。

　　

电化学二氧化碳（CO?）还原（CO?RR）在实现碳中性燃料生产方面具有巨大潜力，但受到竞争性氢气演化反应（HER）以及缓慢反应动力学的影响。本研究探讨了使用18-冠-6醚（18C6）进行阳离子溶剂化工程如何通过选择性协调钾离子（K?）来促进CO?RR。18C6破坏了K?的水合层，将质子来源从水中转移到碳酸氢根离子上，从而抑制了HER反应并增强了CO?RR的效率。实验结果显示，在1 M KHCO?溶液中使用优化浓度的18C6时，CO的法拉第效率（FE）提高了7.3倍。CO生成速率与18C6浓度之间的非线性关系揭示了水分子和碳酸氢根离子质子化过程之间的平衡。原位 ATR-FTIR和拉曼分析表明，电极界面处的水吸附减少，碳酸盐离子的相互作用增强。温度依赖的电化学阻抗谱显示脱溶剂化能垒降低（83.4 kJ mol?1 vs. 32.1 kJ mol?1），表明溶剂化的K?脱水的过程得到了促进。这项工作为理解阳离子溶剂化的作用机制提供了见解，并为提高CO?RR效率提供了策略。