近日，西南大学化学化工学院赵刘斌副研究员与中国科学院重庆绿色智能技术研究所张炜研究员开展合作，在催化领域国际顶级期刊《ACS Catalysis》上发表题为“Thermodynamic and Kinetic Competitions between C−H Bond Formation and O−H Bond Formation Pathways during Electrochemical Reduction of CO on Copper Electrodes”的研究成果(铜电极上CO电化学还原过程中C−H键和O−H键形成途径的热力学和动力学竞争)。西南大学为该成果的第一完成单位，西南大学硕士研究生向世芹为论文第一作者，赵刘斌副研究员、张炜研究员为通讯作者。
电催化CO2还原是将间歇式可再生能源转化为可储存燃料和有用化工产品的一种很有前景的途径。在金属催化剂中，铜电极是唯一能够将CO2还原为各种碳氢化合物和C2产物的单金属材料。电催化CO2RR 的核心指标包括：法拉第效率、超电势和电流密度。这些指标本质上与电催化反应动力学过程密切相关，因此，对CO2RR反应机理和反应动力学的深入研究，是解决CO2RR电催化反应活性和产物选择性的关键所在。
本研究采用微观动力学模型以反应速率常数为核心研究电催化CORR反应的催化性能展开理论研究。通过对不同Cu单晶表面上CORR的动力学研究发现CO第一步加氢还原生成CHO*或COH*是反应的决速步。其中CHO*物种在表面吸附更强，其生成受热力学控制。而CO还原为COH*具有更小的反应能垒，其生成受动力学控制。一个重要发现是，相对于Cu其他单晶表面，Cu(100)表面在相对较低的还原电位下更容易形成COH*，从而表现出最佳的电化学CORR催化活性。同时COH*易于在Cu(100)表面发生C-C偶联而生成C2产物。理论模拟表明若通过合理的催化表面结构调控能稳定关键中间体COH*，则可以提高CO2RR/CORR的电催化活性和C2产物选择性。
该研究工作得到了中央高校基本科研业务费、厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室开放课题、重庆市人才计划等项目的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05472
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