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烷硫醇電催化新突破！Sargent院士最新Nature子刊

來源：時間：2024-04-30 16:34:50 瀏覽：1719次

第一作者：Erfan Shirzadi、Qiu Jin

通訊作者：Samira Siahrostami、Edward H. Sargent院士

通訊單位：西蒙弗雷澤大學、多倫多大學

DOI: 10.1038/s41467-024-47319-z.

研究背景

CO還原反應（CORR）避免了CO₂RR導致的碳酸鹽交叉問題，降低了堿性條件下CO₂的損失，但需要提高反應速率和選擇性以優化能源效率和降低產品分離成本。合金化和聚合物配位作為增強乙酸鹽選擇性的策略，雖然可以調節活性位點特征，但仍需依賴其他手段如離聚物來控制反應環境。離子液體能穩定反應中間體以增強CORR，但主要在非水電解質領域取得成功，限制了其應用范圍。使用表面配體已被證明是調整金基、銀基催化劑選擇性的有效策略，對Cu基催化劑也具有潛在應用潛力。基于此，多倫多大學Edward H. Sargent院士團隊展示了一種配體修飾策略，其中錨定原子以電子方式穩定乙酸酯特異性中間體，而配體尾部可以定制以修改局部反應環境。

文章要點

1、硫孤對在烷硫醇電催化中的新作用：烷硫醇中的硫孤對直接參與了CORR中間體的轉化，顯著降低了起始電位約100 mV。這種橫向相互作用在分子催化中并不常見，特別是在單個金屬位點幾何形狀限制下。硫孤對的影響特別顯著于具有空π*的中間體，對于獲得乙酸鹽至關重要。該發現揭示了硫孤對在烷硫醇電催化中的新功能，為開發高效電催化劑提供了新的方向。

2、烷硫醇鏈長度對電催化性能的優化：烷硫醇的烷基鏈長度對電催化性能有顯著影響。通過物理吸附硫醇的去除，為反應物提供了足夠的反應空間。適當的烷基鏈長度（如C₁₈和C₁₂）有助于形成三相邊界，影響電催化劑的堆積和性能。此外，烷硫醇的使用還帶來了其他好處，如低過電勢、高乙酸酯FE、低HER以及增強的操作穩定性。這一發現為優化烷硫醇電催化劑的性能提供了重要依據。

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