電催化反應(yīng)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(yīng)施加的偏置電位的動(dòng)態(tài)演變而難以研究。基于此，華東理工大學(xué)李春忠教授和江宏亮研究員（共同通訊作者）等人報(bào)道了在商用Ag電極上采用電化學(xué)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(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及催化選擇性的機(jī)制起源。在文中，作者選擇在商用Ag電極上電化學(xué)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(dòng)態(tài)過程。通過原位表面增強(qiáng)紅外和拉曼光譜結(jié)合偏置電位相關(guān)分子動(dòng)力學(xué)（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(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制。此外，實(shí)驗(yàn)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(jī)分布動(dòng)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(jìn)帶電界面處的CO2富集。同時(shí)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(dǎo)致水解離活性降低。因此，當(dāng)將表面活性劑引入電解質(zhì)時(shí)，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(jī)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(xué)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.
