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.
Tiivistelmä
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
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