Cation-induced changes in the inner- and outer-sphere mechanisms of electrocatalytic CO2 reduction
Publiceringsår
2023
Upphovspersoner
Qin, Xueping; Hansen, Heine A.; Honkala, Karoliina; Melander, Marko M.
Abstrakt
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.
Visa merOrganisationer och upphovspersoner
Publikationstyp
Publikationsform
Artikel
Moderpublikationens typ
Tidning
Artikelstyp
En originalartikel
Målgrupp
VetenskapligKollegialt utvärderad
Kollegialt utvärderadUKM:s publikationstyp
A1 Originalartikel i en vetenskaplig tidskriftPublikationskanalens uppgifter
Journal/Serie
Förläggare
Volym
14
Artikelnummer
7607
ISSN
Publikationsforum
Publikationsforumsnivå
3
Öppen tillgång
Öppen tillgänglighet i förläggarens tjänst
Ja
Öppen tillgång till publikationskanalen
Helt öppen publikationskanal
Parallellsparad
Ja
Övriga uppgifter
Vetenskapsområden
Kemi
Nyckelord
[object Object],[object Object]
Publiceringsland
Förenade kungariket
Förlagets internationalitet
Internationell
Språk
engelska
Internationell sampublikation
Ja
Sampublikation med ett företag
Nej
DOI
10.1038/s41467-023-43300-4
Publikationen ingår i undervisnings- och kulturministeriets datainsamling
Ja