中科院化学所韩布兴/康欣晨Angew：调控双电层中阳离子，切换CO2RR反应路径！

第一作者：Jiahao Yang

通讯作者：韩布兴，康欣晨

通讯单位：中国科学院化学研究所

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本研究探讨了仅通过改变电解液来调节二氧化碳电还原反应（CO₂RR）的选择性这一非常吸引人的话题。在这项研究中，在不同的水性电解液中，在块状金属电极上进行CO₂RR。研究发现，通过调控化学双电层（EDL）中的阳离子，可以实现对CO₂RR的控制。

具体来说，电解液中的离子液体阳离子显著抑制了析氢反应反应（HER），同时根据碱金属阳离子的不同，可以获得高法拉第效率的CO或甲酸盐。

例如，通过将电解液从0.1 M KBr-0.5 M 1-辛基-3-甲基咪唑溴盐（OmimBr）更换为0.1 M CsBr-0.5 M OmimBr水溶液，可以在原始铜箔电极上将产物从CO（FE_CO = 97.3%）切换为甲酸盐（FE_formate = 93.5%）。

原位光谱学和理论计算揭示了在外加负电位下由Omim+组装产生的有序结构改变了界面水的氢键结构，从而抑制了HER。不同阳离子在EDL中的选择性差异归因于由Omim+引起的氢键效应，这改变了碱金属阳离子的溶剂化结构，从而影响了不同路径中间体的稳定性。

图文导读

图1：在不同电解液中，铜电极上CO₂RR的法拉第效率（FEs）和总电流密度与电位的关系图。在0.1 M KBr-0.1 M OmimBr和0.1 M CsBr-0.1 M OmimBr电解液中，不同产品的FEs和电流密度随电位的变化情况。

图2：在0.1 M CsBr-0.1 M OmimBr电解液中，不同电位下EDL内阳离子排列的变化。Bode图显示了不同电位下CsBr、OmimBr和CsBr-OmimBr体系的响应。

图3：通过原位ATR-SEIRAS光谱分析了不同电位下Cu表面界面水的结构。展示了在0.1 M CsBr、0.1 M OmimBr和0.1 M CsBr-0.1 M OmimBr电解液中，不同类型界面水的相对数量和峰位随电位的变化。

图4：进一步研究了在不同电解液中Cu电极上CO₂RR的机制。展示了在0.1 M KBr-0.1 M OmimBr和0.1 M CsBr-0.1 M OmimBr电解液中，不同电位下的原位ATR-SEIRAS光谱，以及DFT计算得到的CO₂RR至CO或HCOOH的吉布斯自由能变化。

文献信息

标题：Switching Reaction Pathways of CO₂ Electroreduction by Modulating Cations in the Electrochemical Double Layer

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202410145

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