近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室理論催化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員肖建平團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)教授侯陽、美國紐約州立大學(xué)布法羅分校教授武剛合作，在二氧化碳電催化還原制甲酸的研究中取得進(jìn)展。

在固體催化材料表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)均遵循Sabatier原理，即當(dāng)催化劑的反應(yīng)性較強(qiáng)時(shí)，反應(yīng)受到脫附、擴(kuò)散、耦合等基元步驟的影響，活性較低；當(dāng)催化劑的反應(yīng)性較弱時(shí)，反應(yīng)物難以吸附和解離活化，也會致使催化活性相對較低。因此，為達(dá)到催化反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)活性，需選擇一個(gè)適中的反應(yīng)性。

研究證明，二氧化碳電催化還原制備甲酸過程遵循甲酸根（HCOO*）反應(yīng)機(jī)理，即二氧化碳先質(zhì)子化得到甲酸根（HCOO*），甲酸根再質(zhì)子化得到甲酸（HCOOH）。以往研究人員普遍認(rèn)為，二氧化碳先質(zhì)子化得到羧基（COOH*）的過程僅產(chǎn)生CO，而不會得到甲酸。但是，此次理論研究表明，通過反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和能量最優(yōu)算法分析，在低電壓下大量的金屬表面均是通過羧基（COOH*）過程得到甲酸，這解釋了金屬Pd上面二氧化碳電催化還原的特殊現(xiàn)象。該理論研究結(jié)果也與堿式碳酸鉛表面的雙火山曲線一致（Nature Communications，2020）。

該研究揭示了在具有反應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的情況下，由于反應(yīng)路徑的差異，傳統(tǒng)的火山型曲線難以存在，取而代之的應(yīng)該是多個(gè)頂點(diǎn)共存的火山型曲線。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）“功能納米系統(tǒng)的精準(zhǔn)構(gòu)筑原理與測量”和遼寧省“興遼英才計(jì)劃”等項(xiàng)目的支持。

大連化物所等發(fā)現(xiàn)二氧化碳電催化還原制甲酸雙火山曲線