高粗糙度已被证明是许多系统中电催化剂的有效设计策略。特别地,在高粗糙度电催化剂上已经观察到与析氢反应竞争的一氧化碳还原(CORR)的高选择性。但是,这两个众所周知的机制,即降低CORR的能垒和提高局部pH值,未能理解最近的实验中粗糙度增强的选择性。
有鉴于此,中国科学技术大学侯中怀教授、江慧军副研究员等人,通过建立具有不同粗糙度因子的催化剂的CORR动力学模型来揭示隐藏的机理。
本文要点
1)建立了一个综合的动力学模型来研究在不同粗糙度因子(RF)催化剂上与HER竞争的CORR选择性。该动力学模型成功地再现了实验观察到的RF增强的CORR选择性。
2)结果表明,在电催化过程中,高曲率诱导的局部电场引导OH-的传质。由于局部电场高度重叠,高粗糙度因子催化剂导致较弱的局部场诱导的传质。这进一步导致HER的抑制和CORR选择性的增强。
3)基于动力学控制机理,预测了通过改变CORR和HER的动力学来优化CORR选择性的几种方法,如局部场诱导的传质、本体溶液与电极表面之间的吸附和解吸等。
总之,该工作重点介绍了纳米催化剂在电催化中的动力学,并提供了一种从动力学角度上寻找高效催化剂的新思路。
参考文献:
Yinghuan Liu et al. Hidden Mechanism Behind the Roughness‐Enhanced Selectivity of Carbon Monoxide Electrocatalytic Reduction. Angew., 2021.
DOI: 10.1002/anie.202016332
https://doi.org/10.1002/anie.202016332