大連化物所等發現二氧化碳電催化還原制甲酸雙火山曲線

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室理論催化創新特區研究組研究員肖建平團隊與浙江大學教授侯陽、美國紐約州立大學布法羅分校教授武剛合作，在二氧化碳電催化還原制甲酸的研究中取得進展。

　　在固體催化材料表面發生的化學反應均遵循Sabatier原理，即當催化劑的反應性較強時，反應受到脫附、擴散、耦合等基元步驟的影響，活性較低；當催化劑的反應性較弱時，反應物難以吸附和解離活化，也會致使催化活性相對較低。因此，為達到催化反應的最優反應活性，需選擇一個適中的反應性。

　　研究證明，二氧化碳電催化還原制備甲酸過程遵循甲酸根（HCOO*）反應機理，即二氧化碳先質子化得到甲酸根（HCOO*），甲酸根再質子化得到甲酸（HCOOH）。以往研究人員普遍認為，二氧化碳先質子化得到羧基（COOH*）的過程僅產生CO，而不會得到甲酸。但是，此次理論研究表明，通過反應網絡和能量最優算法分析，在低電壓下大量的金屬表面均是通過羧基（COOH*）過程得到甲酸，這解釋了金屬Pd上面二氧化碳電催化還原的特殊現象。該理論研究結果也與堿式碳酸鉛表面的雙火山曲線一致（Nature Communications，2020）。

　　該研究揭示了在具有反應復雜網絡的情況下，由于反應路徑的差異，傳統的火山型曲線難以存在，取而代之的應該是多個頂點共存的火山型曲線。相關研究成果發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）“功能納米系統的精準構筑原理與測量”和遼寧省“興遼英才計劃”等項目的支持。