在电催化反应中，电极与电解质界面的界面性质对表面反应性有重要影响。而离子添加剂和电解质离子可以作为特定反应途径的促进剂。因此，这些带电物种的合理添加可作为一种丰富的化学策略，用于调节电极−电解质界面以获得高产物选择性和催化活性。先前研究已经表明，在多晶Cu箔工作电极上，痕量表面活性剂可以有效地抑制氢释放反应（HER）并促进CO₂向CO和HCOO^-的还原（CO₂RR）。

近日，约翰霍普金斯大学V. Sara Thoi报道了碱金属阳离子和三甲基铵表面活性剂在双层结构上的相互作用及其对电化学CO₂RR的综合影响。

文章要点

1）催化结果表明，将CTAB引入含Li⁺，Na⁺和K⁺的电解质中会导致几乎类似的CO和HCOO^-增强作用。而含CTAB的Cs⁺电解质具有异常高的HCOO^-活性和选择性。

2）研究人员提出了一种双层分子模型，CTAB分子在外亥姆霍兹层（OHP）上竞争位置，导致在CTAB存在的情况下电极表面只有少量电解质阳离子。即水合的Li⁺，Na⁺和K⁺在催化条件下相对容易被CTA⁺取代，而Cs+离子形成了一个更致密的层，可以在界面上与CTAB竞争。同时，OHP处的Cs⁺浓度的增加有助于高HCOO^-活性和选择性。

3）研究人员基于广泛的EIS实验、原位红外光谱和CORR评估验证了该双层分子模型，同时与以前报道的密度泛函理论计算和光谱研究结果相一致。

Soumyodip Banerjee, et al, Surfactant Perturbation of Cation Interactions at the Electrode−Electrolyte Interface in Carbon Dioxide Reduction, ACS Catal. 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c02387

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02387