肖建平等Advanced Materials：二氧化碳电催化还原制甲酸双火山曲线

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近日，我所催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组（05T8组）肖建平研究员团队与浙江大学侯阳教授、美国纽约州立大学布法罗分校武刚教授合作，在二氧化碳电催化还原制甲酸的研究中取得新进展。
　　在固体催化材料表面发生的化学反应都遵循Sabatier原理，即当催化剂的反应性太强时，反应受到脱附、扩散、耦合等基元步骤的影响，造成其活性较低；而当催化剂的反应性太弱时，反应物难以吸附，也难以解离活化，也会致使催化活性相对较低。因此，为达到催化反应的最优反应活性，唯一的方法就是选择一个适中的反应性。

　　研究证明，二氧化碳电催化还原制备甲酸过程遵循甲酸根（HCOO*）反应机理，即二氧化碳先质子化得到甲酸根（HCOO*），甲酸根再质子化得到甲酸（HCOOH）。过去，科研人员普遍认为，二氧化碳先质子化得到羧基（COOH*）过程只会产生CO，而不会得到甲酸。但是，此次理论研究表明，从反应网络和能量最优算法分析，在低电压下大量的金属表面均是通过羧基（COOH*）过程得到甲酸，这解释了金属Pd上面二氧化碳电催化还原的特殊现象。该理论研究结果也与碱式碳酸铅表面的双火山曲线一致（Nat. Commun，2020）。
　　本工作揭示了在具有反应复杂网络的情况下，由于反应路径的差异，传统的火山型曲线难以存在，取而代之的应该是多个顶点共存的火山型曲线。
　　相关成果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作得到了国家自然科学基金、中科院B类先导专项“功能纳米系统的精准构筑原理与测量”和辽宁省“兴辽英才计划”等项目的支持。（文/图 董雪）


       文章来源：大连化物所
       肖建平博士2009-2013年在德国不来梅大学物理和电子工程系攻读博士学位(指导导师：Thomas Frauenheim教授和Thomas Heine教授)，主要从事固体氧化物表面稳定性和反应性的理论研究。2013-2015年在中国科学院大连化学物理研究所进行博士后研究工作(合作导师：包信和 研究员/院士)，主要研究在限域环境下催化反应中的一般性规律和电子结构根源。2015-2017年在美国斯坦福大学进行博士后研究工作(合作导师：Jens K. Nørskov 教授/院士)，主要研究电化学还原二氧化碳得到液体燃料的基本原理和方法。2017年11月回国在浙江西湖高等研究院-理学研究所工作，总共发表学术论文57篇，包括Science, Nature Energy, Nature Communications, PNAS, PRL, JACS, Angew Chem, Chem. Sci.等等。