Nat. Chem.：阳离子尺寸，C-C偶联选择性

拆解文献，不止于结论，更在于过程

今日文献如下。

题目

“Small alkali cations direct CO electroreduction to hydrocarbons rather than oxygenates” (小碱金属阳离子引导一氧化碳电还原生成烃类而非含氧化合物)：

本论文：选择性的调控。通过在电解液中使用较小的碱金属阳离子（如Li+），可以特异性地打破生成含氧化合物的路径，转而高选择性地推动CO还原生成高价值的乙烯。

摘要

摘要是文章的“精华浓缩版”，咱们按照“研究背景”+“挑战/问题”+“创新解决”+“亮点/数据支撑”+“研究意义”的框架来解析：

Ø研究背景：电化学一氧化碳还原（COR）是生产低碳燃料和化学品的潜力股。但产物太杂!

固液界面太复杂，涉及到电场、溶剂化效应、吸附能等多个变量的耦合，尤其是阳离子如何影响 C-C 偶联后的分叉步骤，一直是迷雾重重。

Ø存在的挑战/问题：尽管COR在碳效率和稳定性上优于CO2R，但痛点在于“单一产物的选择性”。乙烯和乙醇、乙酸往往共享某些中间体，如何精准控制是最大的挑战。

Ø本研究的创新之处：借助原位拉曼光谱结合分子动力学模拟，从阳离子效应入手。惊讶地发现，与CO2R中大阳离子有利的传统规律截然相反，在COR中，最轻的Li+竟然促进乙烯生成。

为什么会有这种反转？CO2R和CO在某些关键决速步或选择性决定步上，对微环境的要求是完全不同的，对双电层理论的一次修正和补充。

Ø研究亮点与数据支撑：

1.Li+通过增强氢键促进脱氧的机制：

(1) Li+在电极表面保持了完整的水合壳层，这带来了更多的氢键，同时减少了阳离子与中间体氧原子的直接相互作用。

(2) 微环境促进了“加氢脱氧”，把中间体上的氧拔下来，生成水，剩下的碳骨架自然就变成了烃类（乙烯）。相反，大阳离子会稳定氧，导致生成含氧物。

2. 设计了Sb掺杂Cu催化剂，降低催化剂对氧的亲和力。在膜电极（MEA）中实现了79%的乙烯法拉第效率和39%的能量效率。

Ø研究意义：通过调控中间体氧稳定性来控制选择性。

前言

证据视觉链

共4个主图。

图1：现象发现——阳离子尺寸决定COR选择性

²展示了在不同碱金属氢氧化物（LiOH 到 CsOH）电解液中，Cu纳米颗粒催化 COR 的性能。

²a 是分电流密度，b-c 是法拉第效率（FE），d。

²尽管C2+总活性是大阳离子更高，但乙烯的选择性却是在小阳离子（Li+）中最高。

²d是乙烯与含氧化合物的比例，证明了随着阳离子半径减小，产物分布明显向乙烯倾斜，而非含氧化合物。

图2：光谱与模拟揭示界面环境

²Raman光谱显示Li+存在下界面水保留了更多氢键网络。

²MD 模拟定量证明了Li+体系中，CO 的氧周围有更多的水分子（利于氢键形成），而大阳离子（K+）则更靠近 CO 的氧（利于稳定氧）。

²这证明了小阳离子构建了一个利于“质子供体（水）靠近”但“阳离子远离”的微环境。

图3：中间体

²在Li+存在时，生成含氧化合物的前驱体（*CHCHO）的能垒显著升高，而生成乙烯的前驱体（*CHCOH）路径相对更有利。

²相反，大阳离子因为能稳定极性的含氧中间体，降低了生成含氧化合物的能垒。

图4：催化剂设计与全电池性能

²掺杂 Sb 可以削弱氧结合力（验证了设计思路）。

²Cu-Sb 催化剂在 MEA 中实现了 79% 的乙烯 FE 和 39% 的 EE，且能稳定运行 118 小时。

刨根问底---对现象追问，对机理追问，对前人的结论追问

直至触及问题的本质

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