C−C結合形成は,電気化学的CO₂減量で,プリスティンCu_{100) は,いかなる潜在的可能性においても,吸収されたCOを含む可能性が低い}

科学分野:

• 表面科学とは,地表科学である.
• エレクトロカタリシス.
• コンピューティング・ケミストリー

背景:

• 銅は,CO/CO2電還元によるC2+炭化水素形成を触媒化する唯一の純金属である.
• Cuの表面,特にCu ((100)) 上のファセット依存の活動は,製品の選択性に影響します.
• 以前の研究では,相関波動法を用いて,CO結合経路に関するDFTの発見に異議を唱えた.

研究 の 目的:

• Cu ((100) 上の電気化学的なCOとCO2の還元過程におけるC-C結合形成のメカニズムを調査する.
• 高度な計算方法を使用して,水素化された中間物質と対照的に直接のCOカップリングの運動的可行性を評価する.
• C2+炭化水素合成における特定の吸収された種の役割を明らかにする.

主な方法:

• 高精度量子力学モデリングのためのエンベデッド・コンプリート・アクティブ・スペース・セカンド・オーダー・ Perturbation 理論 (ECASPT2) を利用した.
• 吸収されたCO (*CO) と水素化されたCO (*COH) の種を含むシミュレーションされた電気化学結合経路.
• 関連する電気化学的ポテンシャルでの反応運動と熱力学を分析した.

主要な成果:

• 2つの*CO分子が直接電気化学的に結合してアニオン二重体を形成することは,運動的に抑制されます.
• *CO二酸化物の中間物質のプロトネーションは, *COを*COHに還元する*COとの競合にはならない.
• シミュレーションによると, *CO は Cu 100 上の C-C 結合形成の主要な中間物質ではありません.

結論:

• Cu ((100) 上のC2+炭化水素の電気触媒合成は,おそらく水素化されたCO中間物質 (*COH, *CHxOH,または *CHx) を介して行われます.
• 直接 *CO カップリング経路は,熱力学的に不利であり,運動的に妨げられます.
• この研究は,銅表面でのCO/CO2電還元のメカニズム的理解を洗練しています.