电化学二氧化碳还原反应（CO₂RR）生成C₂产物是清洁能源经济的一种有前途的方法。调节双电层（EDL）结构，特别是界面水和阳离子类型，是促进C−C耦合的有效策略，但原子理解远远落后于实验观察。

在此，厦门大学Shisheng Zheng，北京大学深圳研究生院Feng Pan使用约束MD和慢增长方法的从头分子动力学(AIMD)模拟，研究了界面水和碱金属阳离子对Cu(100)电极/电解质界面C−C耦合的综合影响。

文章要点

1）研究人员观察到水吸附物稳定效应（表现为氢键）与相应的C−C耦合自由能减轻之间的线性相关性。

2）与较小的阳离子（例如K+与Li+）相比，较大阳离子的作用在于其能够通过去溶剂化接近界面并与*CO+*CO部分配位，部分取代界面的氢键稳定作用水。虽然这只能略微降低C−C耦合的能垒，但由于其离子半径大，它创造了一个缺乏氢键的局部疏水环境，阻碍了周围界面水的氢接近界面水的氧。吸附*CO。这巧妙地避免了*CO向C₁途径的进一步氢化，成为较大阳离子促进C−C偶联的主要因素。

这项研究揭示了阳离子-水-吸附质相互作用的全面原子机制，可以促进电解质和EDL的进一步优化，以实现CO₂RR中有效的C-C耦合。

参考文献

Xinzhe Yang, et al, Cation-Induced Interfacial Hydrophobic Microenvironment Promotes the C−C Coupling in Electrochemical CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc., 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c13602

https://doi.org/10.1021/jacs.3c13602