近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室理論催化創(chuàng)新特區(qū)研究組肖建平研究員團隊與浙江大學侯陽教授、美國紐約州立大學布法羅分校武剛教授合作，在二氧化碳電催化還原制甲酸的研究中取得新進展。
在固體催化材料表面發(fā)生的化學反應都遵循Sabatier原理，即當催化劑的反應性太強時，反應受到脫附、擴散、耦合等基元步驟的影響，造成其活性較低；而當催化劑的反應性太弱時，反應物難以吸附，也難以解離活化，也會致使催化活性相對較低。因此，為達到催化反應的最優(yōu)反應活性，唯一的方法就是選擇一個適中的反應性。
大連化物所發(fā)現(xiàn)二氧化碳電催化還原制甲酸雙火山曲線
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(zhì)子化得到甲酸根（HCOO*），甲酸根再質(zhì)子化得到甲酸（HCOOH）。過去，科研人員普遍認為，二氧化碳先質(zhì)子化得到羧基（COOH*）過程只會產(chǎn)生CO，而不會得到甲酸。但是，此次理論研究表明，從反應網(wǎng)絡和能量最優(yōu)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(xiàn)象。該理論研究結(jié)果也與堿式碳酸鉛表面的雙火山曲線一致（Nat. Commun，2020）。
本工作揭示了在具有反應復雜網(wǎng)絡的情況下，由于反應路徑的差異，傳統(tǒng)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(guān)成果發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）上。該工作得到了國家自然科學基金、中科院B類先導專項“功能納米系統(tǒng)的精準構(gòu)筑原理與測量”和遼寧省“興遼英才計劃”等項目的支持。
