纯计算Nat. Commun.: 铜表面电催化CO2RR中的分子-表面相互作用

2023年2月20日,Nat. Commun.在线发表了复旦大学徐昕教授课题组的研究论文,题目为《Accurate descriptions of molecule-surface interactions in electrocatalytic CO2 reduction on the copper surfaces》。


铜基催化剂在许多工业过程中发挥着至关重要的作用,在电催化二氧化碳还原反应(CO2RR)中转化为有价值的化学品和燃料方面具有巨大的前景对于催化剂的合理设计,理论研究日益增长的需求与最广泛使用的广义梯度近似(GGA)泛函的低精度严重相悖在此研究中,作者给出了使用一种杂化方案的结果,其结合了双杂化XYG3泛函和周期广义梯度近似,其精度通过在铜表面上的实验装置进行了验证。建立了一个接近化学精度的装置,这反过来导致计算平衡电位和起始电位的显著提高,这是与在Cu(111)和Cu(100)电极上CO2还原为CO的实验值相比较的。作者预计,杂化方案的简单使用将提高多相催化中分子-表面相互作用时准确描述的预测能力

图1 多相催化的精确描述

图2 吸附能计算模型和方法

图3 基准设置

图4 铜表面电催化CO2还原成CO的应用

论文链接
Chen, Z., Liu, Z. & Xu, X. Accurate descriptions of molecule-surface interactions in electrocatalytic CO2 reduction on the copper surfaces. Nat. Commun., 2023, 14, 936. https://doi.org/10.1038/s41467-023-36695-7

【其他相关文献】
[1] Birdja, Y.Y., Pérez-Gallent, E., Figueiredo, M.C. et al. Advances and challenges in understanding the electrocatalytic conversion of carbon dioxide to fuels. Nat. Energy, 2019, 4, 732–745. https://doi.org/10.1038/s41560-019-0450-y
[2] Cheng, T., Xiao, H. & Goddard, W.A. Reaction mechanisms for the electrochemical reduction of CO2 to CO and formate on the Cu(100) surface at 298 K from quantum mechanics free energy calculations with explicit water. J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 13802–13805. https://doi.org/10.1021/jacs.6b08534
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页面更新:2024-05-17

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