银电极在CO选择性上的优势源于电压相关动力学与热力学之间的相互作用
材料科学
2025-12-18 v2
摘要
电化学还原是一种利用CO 作为原料生产可再生燃料和有价化学品的有前景方法。虽然有几种金属可用于电催化剂以生成CO和甲酸，但氢形成是一种不可接受的副反应，甚至可能占主导。普遍而言，选择性不足是一个显著问题，但银基电催化剂在施加电压小于-1 V时对CO的选择性已被证明非常高（超过90% faradaic效率）。此时氢形成不显著，甲酸的生成也很少，尽管其在热力学上是被偏好的。我们对在三个低指数面（Ag(111)、Ag(100)和Ag(110)）上的各种 elementary 步骤的活化自由能随施加电压变化进行了计算，并对多晶银电极进行了实验测量，以识别这种高选择性的原因。甲酸的生成被抑制，原因在于吸附氢的覆盖率较低以及对HCOO*中间体生成的动力学阻碍；而*COOH 是CO生成的关键中间体，在施加电压达到-1 V时才是热力学不稳定的，此时其生成动力学优于氢。计算结果与在酸性条件下进行的实验测量一致，为银基电催化剂实现高CO选择性提供了原子尺度的洞察。
关键词
引用
@article{arxiv.2408.15124,
title = {Silver electrodes are highly selective for CO in CO$_2$ electroreduction due to interplay between voltage dependent kinetics and thermodynamics},
author = {Michele Re Fiorentin and Francesca Risplendi and Clara Salvini and Juqin Zeng and Giancarlo Cicero and Hannes Jónsson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.15124},
year = {2025}
}