電催化反應發(fā)生在帶電電極-電解質(zhì)界面的納米尺度空間中。眾所周知，電極電解質(zhì)界面，也稱為界面微環(huán)境，由于體電解質(zhì)的干擾及其響應施加的偏置電位的動態(tài)演變而難以研究。基于此，華東理工大學李春忠教授和江宏亮研究員（共同通訊作者）等人報道了在商用Ag電極上采用電化學共還原CO2和H2O作為模型系統(tǒng)，并利用季銨鹽陽離子表面活性劑作為電解質(zhì)添加劑，探討了界面微環(huán)境的偏置電位驅(qū)動的動態(tài)響應以及催化選擇性的機制起源。在文中，作者選擇在商用Ag電極上電化學共還原CO2和H2O作為模型系統(tǒng)，并選擇具有不同烷基鏈長度的季銨鹽陽離子表面活性劑作為電解質(zhì)添加劑，因此作者研究了偏置電位下界面微環(huán)境的結(jié)構(gòu)和動態(tài)過程。通過原位表面增強紅外和拉曼光譜結(jié)合偏置電位相關分子動力學（MD）模擬，闡明了陽離子表面活性劑在帶電電極-電解質(zhì)界面處的動態(tài)調(diào)節(jié)機制。此外，實驗和模擬結(jié)果之間取得了很好的一致性。陽離子表面活性劑在電極表面被吸附和重組，隨著偏置電位的增加，從隨機分布動態(tài)變化為幾乎有序的組裝。幾乎有序的組件通過排斥孤立的水來調(diào)節(jié)界面水環(huán)境，并促進帶電界面處的CO2富集。同時隨著偏置電位的增加，水取向向有序結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變被有效抑制，從而導致水解離活性降低。因此，當將表面活性劑引入電解質(zhì)時，CO2電還原為CO的選擇性和局部電流密度都得到了顯著提高。這些結(jié)果突出了通過有機添加劑調(diào)節(jié)界面微環(huán)境作為提高電合成及其他電化學性能的手段的重要性。Dynamically Formed Surfactant Assembly at the Electrified Electrode-Electrolyte Interface Boosting CO2 Electroreduction. J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c02486.
https://doi.org/10.1021/jacs.2c02486.
