从分子尺度理解固液界面具有非常大的难度和挑战，但是同时对于研究反应体系的环境对电催化反应动力学的影响必不可少。碱金属阳离子（M⁺）是固液界面的重要组成部分，研究发现界面碱金属阳离子是引发CO₂还原反应的关键，而且通过将阳离子从Li⁺变为Cs⁺，能够增强CO₂还原反应的选择性和催化活性。

有鉴于此，清华大学康飞宇、李佳等使用显示溶剂和强化采样的分子动力学理论计算模拟，系统研究Cu催化剂表面碱金属阳离子对CO₂还原反应的影响。

本文要点：

（1）

我们研究发现当碱金属由Li⁺变为Cs⁺，由于M⁺与*CO₂之间配位能力的改变，导致CO₂的活化能能垒单调递减。此外，我们研究发现研究CO₂还原反应需要考虑竞争性HER反应从而更好的认识碱金属阳离子在Cu催化剂表面的影响，由于碱金属M⁺的存在能够使得H⁺阳离子从表面剥离并且被M⁺约束。

（2）

这些研究结果说明电化学环境设计的重要作用，说明显示溶剂化以及考虑竞争性反应对于理论研究CO₂还原的重要性。

参考文献

Zhang, Z., Li, H., Shao, Y. et al. Molecular understanding of the critical role of alkali metal cations in initiating CO₂ electroreduction on Cu(100) surface. Nat Commun 15, 612 (2024)

DOI: 10.1038/s41467-024-44896-x

https://www.nature.com/articles/s41467-024-44896-x