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【DFT+實(shí)驗(yàn)】Chem：近100%選擇性！銅晶格張力促進(jìn)全池CO電解制多碳烯烴和含氧化合物

通過(guò)CO₂電解產(chǎn)生的CO或通過(guò)重整或氣化從頁(yè)巖氣、生物質(zhì)等資源中提取的CO為高價(jià)值的C₂₊化合物是一種很有前途的有效碳利用方法，但當(dāng)前的全電池系統(tǒng)在工業(yè)相關(guān)的電流密度下受到高電池電壓的影響。

基于此，廈門大學(xué)王野教授等人報(bào)道了一種晶格張力策略，以在高CO覆蓋率下增強(qiáng)銅催化劑上的CO化學(xué)吸附和C-C耦合。具有4%晶格張力的紡錘形銅在僅2.4 V時(shí)就實(shí)現(xiàn)了1.0 A cm^?2的電流密度和84%的C₂₊化合物法拉第效率（FE）。以摩爾碳為基礎(chǔ)，C₂₊產(chǎn)物以接近100%的選擇性和41%的產(chǎn)率形成。

通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算，作者研究了CO在不同覆蓋程度的Cu表面上的結(jié)合強(qiáng)度。作者選擇了兩個(gè)具有代表性的Cu(111)和Cu(100)作為模型面進(jìn)行計(jì)算，其中Cu(100)表面CO吸附能的計(jì)算絕對(duì)值高于Cu(111)表面CO吸附能的計(jì)算絕對(duì)值，當(dāng)Cu(100)和Cu(111)表面CO覆蓋面積增加到0.3單層（ML）時(shí)，CO吸附能的計(jì)算絕對(duì)值顯著下降。

在CO覆蓋率較高時(shí)，Cu表面對(duì)CO的吸附減弱。較高的CO覆蓋率可能會(huì)導(dǎo)致吸附劑之間更強(qiáng)的偶極子-偶極子斥力，以及CO在不太優(yōu)選的位點(diǎn)上的吸附。CO吸附的減弱將不利于C-C偶聯(lián)，而C-C偶聯(lián)是形成C₂₊化合物的關(guān)鍵步驟。

DFT計(jì)算預(yù)測(cè)，Cu晶格的拉伸應(yīng)變可在高覆蓋范圍內(nèi)增強(qiáng)CO的吸附。在Cu(100)和Cu(111)表面的飽和CO覆蓋率分別為10/18和7/16 ML時(shí)，隨著拉伸應(yīng)變的增加，CO吸附能的絕對(duì)值逐漸增加，并且Cu(100)表面的吸附能保持高于Cu(111)表面的吸附能。

DFT計(jì)算顯示CO吸附能顯著增加，特別是在CO覆蓋率較高的情況下。表面Cu原子d帶的投影態(tài)密度（PDOSs）分析表明，在4%晶格張力后，Cu(100) d帶中心向費(fèi)米能級(jí)上升了+0.05 eV。

Copper lattice tension boosts full-cell CO electrolysis to multi-carbon olefins and oxygenates. Chem, 2023, DOI: 10.1016/j.chempr.2023.03.022.

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