德国马普所，重磅Nature Catalysis！

第一作者：Hendrik H. Heenen

通讯作者：Vanessa J. Bukas，Hendrik H. Heenen

通讯单位：马克斯-普朗克协会弗里茨-哈伯研究所

论文速览

本论文探讨了在电催化过程中，通常在原子层面上讨论的电催化选择性，往往忽略了介观质量传输的微妙影响。作者展示了传输如何通过电极与电解液中表面结合反应中间体的交换来控制选择性，认为由此产生的动力学竞争随着催化剂表面积的变化而变化，并且对于技术重要的反应具有相关性，例如在铜（Cu）基催化剂上电化学还原CO₂时产生不同的产品。

通过结合微观动力学和传输建模的多尺度方法，作者特别探索并量化了实验文献中的各种展示示例。尽管模型简单，但它正确地再现了与催化剂粗糙度相关的选择性趋势。

图文导读

图1：脱附-再吸附-反应机制的示意图。

图2：由于颗粒负载，选择性随着电催化剂粗糙度而变化。

图3：选择性随着电催化剂颗粒形状和表面波纹而变化。

图4：由于合金化，选择性随着电催化剂粗糙度而变化。

总结展望

本研究强调了介观质量传输在决定电催化选择性中的关键作用。通过多尺度建模和对实验文献的详细审查，作者量化了所谓的脱附-再吸附-反应机制的效果，并展示了其在不同的氧化还原反应、不同的催化剂和不同的电极设置中的普遍性。重要的是，分析突出了表面粗糙度作为能够捕捉催化剂形态对选择性影响的关键描述符。这种简单的图像将任何来自形态的影响，无论其来源如何，都简化为一维的粗糙度参数。

作者认为，当前的机理研究对于电催化剂设计具有价值，不仅在于优化稳态操作，还在于催化剂老化和降解的背景下。粗糙度毕竟是反应条件下最常见的动态属性。根据脱附-再吸附-反应机制，动态演变的催化剂形态（例如，由于重构、颗粒聚集或溶解）将改变最终的产品选择性，从而改变目标催化性能。

文献信息

标题：Exploring mesoscopic mass transport effects on electrocatalytic selectivity

期刊：Nature Catalysis

DOI：10.1038/s41929-024-01177-6