不同表面结构银粒子电化学还原CO2成CO的机理比较

金属催化剂由于其自身独特的性质被广泛地应用在氧化、重整、还原等反应以及催化、电催化等多相工业催化领域中。近日，美国特拉华大学Jonathan Rosen课题组研究报导了不同结构的金属银粒子电化学还原CO₂成CO的相关机理。通过实验与理论计算相结合的方法，研究人员分别比较了团簇银、纳米银粒子以及纳米多孔银材料电化学还原CO₂成CO的相关反应性质。

理论计算部分：在CO₂电化学还原的过程中会产生COOH_(ads)中间体，研究人员首先通过理论计算研究和比较了金属银的不同指数晶面上吸附反应活性位置对反应中间体的影响，结果表明：在高指数晶面上COOH_(ads)反应中间体更容易产生并且较为稳定。这表明高指数晶面吸附活性位置对于CO₂的电化学还原过程是相对较为有利的。

实验部分：研究人员分析了在金属Ag团簇、纳米Ag粒子以及纳米多孔Ag材料的催化作用下，电化学还原CO₂所得到的CO与反应电极电势之间的关系。结果表明：相较于金属团簇Ag催化剂，在金属纳米结构Ag催化下反应在较低的电势下便可进行。

与此同时，电化学还原CO₂是在液相NaHCO₃的环境下进行的，目前普遍公认的在团簇金属Ag上反应机理为：CO₂分子首先在活性位*上被活化，得到一个电子，然后与HCO₃^-中的质子结合成COOH_(ads)中间体，第一步被认为是反应的决速步。然而在纳米结构的金属Ag粒子的催化作用下，由于第一步反应在较低的电势下就能发生，因此第二步被认为是决速步。

与此同时，文章中还研究了CO₂压力以及HCO₃^-的溶度对反应速率的影响。

以上成果发表在《ACS Catalysis》上。

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5b00840

（作者：黄攀）