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長期以來，人們都知道粗化銅電極(包括源自氧化亞銅的那些電極)在CO₂過程中對C₂₊產(chǎn)物表現(xiàn)出增強(qiáng)的法拉第效率電還原。然而，這種增強(qiáng)的來源并沒有清晰化。

加州大學(xué)伯克利分校Alexis T. Bell、Martin Head-Gordon和斯坦福大學(xué)Frank Abild-Pedersen等人對源自氧化亞銅、磷化物、氮化物和硫化物的粗化銅電極進(jìn)行了理論研究。

Chem. Eng. J.: 粗化銅對提高電還原CO2為C2+產(chǎn)物的選擇性的作用

利用經(jīng)過仔細(xì)基準(zhǔn)測試的有效介質(zhì)理論潛力，開發(fā)粗糙電極的幾何模型。通過密度泛函理論，確定關(guān)鍵反應(yīng)中間體的應(yīng)用偏置依賴結(jié)合能分布。

研究人員應(yīng)用簡單的熱力學(xué)模型來評估表面粗糙化對CO₂選擇性的電還原作用。發(fā)現(xiàn)粗糙化的方式(即從氧化物、磷化物、硫化物或氮化物開始)會顯著影響結(jié)合能分布，并建議設(shè)計(jì)規(guī)則以最大限度地提高對銅上C₂₊產(chǎn)物的選擇性。

研究人員使用局部協(xié)調(diào)環(huán)境計(jì)算了每個(gè)位點(diǎn)的恒定潛在Cu結(jié)合能，以非常低的誤差對GGA-DFT進(jìn)行基準(zhǔn)測試，并發(fā)現(xiàn)過度協(xié)調(diào)的4重空心位點(diǎn)最有可能有活性。

該位點(diǎn)不協(xié)調(diào)的空洞易形成甲酸鹽，通過串聯(lián)催化避免與甲酸鹽的競爭先前已在文獻(xiàn)中得到證實(shí)。并開發(fā)了比例關(guān)系以將這些Cu結(jié)合能映射到與CO₂RR相關(guān)的吸附質(zhì)，將其輸入到簡單的選擇性熱力學(xué)模型中，以確定粗糙化在增強(qiáng)對C₂₊產(chǎn)物的選擇性方面的作用。

In-Situ Synthesis of Microflower Composed of N-doped Carbon Films and Mo₂C Coupled with Ni or FeNi Alloy for Water Splitting. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI:10.1016/j.cej.2021.131712

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