Cation-induced changes in the inner- and outer-sphere mechanisms of electrocatalytic CO2 reduction
Julkaisuvuosi
2023
Tekijät
Qin, Xueping; Hansen, Heine A.; Honkala, Karoliina; Melander, Marko M.
Abstrakti:
The underlying mechanism of cation effects on CO2RR remains debated. Herein, we study cation effects by simulating both outer-sphere electron transfer (OS-ET) and inner-sphere electron transfer (IS-ET) pathways during CO2RR via constrained density functional theory molecular dynamics (cDFT-MD) and slow-growth DFT-MD (SG-DFT-MD), respectively. Our results show without any cations, only OS-ET is feasible with a barrier of 1.21 eV. In the presence of K+ (Li+), OS-ET shows a very high barrier of 2.93 eV (4.15 eV) thus being prohibited. However, cations promote CO2 activation through IS-ET with the barrier of only 0.61 eV (K+) and 0.91 eV (Li+), generating the key intermediate (adsorbed CO). Without cations, CO2-to-CO (ads) conversion cannot proceed. Our findings reveal cation effects arise from short-range Coulomb interactions with reaction intermediates. These results disclose that cations modulate the inner- and outer-sphere pathways of CO2RR, offering substantial insights on the cation specificity in the initial CO2RR steps.
Näytä enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli:
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti/Sarja
Kustantaja
Volyymi
14
Artikkelinumero
7607
ISSN
Julkaisufoorumi
Julkaisufoorumitaso
3
Avoin saatavuus
Avoin saatavuus kustantajan palvelussa
Kyllä
Julkaisukanavan avoin saatavuus
Kokonaan avoin julkaisukanava
Rinnakkaistallennettu
Kyllä
Muut tiedot
Tieteenalat
Kemia
Avainsanat
[object Object],[object Object]
Julkaisumaa
Yhdistynyt kuningaskunta
Kustantajan kansainvälisyys
Kansainvälinen
Kieli
englanti
Kansainvälinen yhteisjulkaisu
Kyllä
Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa
Ei
DOI
10.1038/s41467-023-43300-4
Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen
Kyllä