探究介观质量传递对电催化选择性的影响
2024年6月14日，马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所报道了介观质量传递对电催化选择性的影响。通常，电催化选择性在原子水平上基于活性位点进行讨论，而忽略了介观质量传输的更微妙影响。论文研究了传输如何通过电极和本体电解质之间的表面结合反应中间体的交换来控制选择性。文章认为产生的动力学竞争随着催化剂的表面积而变化，并可能与技术上重要的反应相关，例如，在铜基催化剂上电化学还原CO2过程中的不同产物。在多尺度方法中结合微观动力学和传输建模，我们在实验文献中的各种展示例子中具体探索和量化了这种影响。尽管它很简单，但模型在所有细观、微观和原子尺度上正确地再现了催化剂粗糙度的选择性趋势。由此产生的见解为电催化选择性的变化提供了一种替代或至少是补充的解释，这些变化原本归因于活性位点的纳米结构或由于掺杂或合金化而产生的电子效应。
论文使用了一个介尺度的方法来模拟和分析电催化过程中的质量传输和反应动力学。 结合了微观动力学模型来描述反应步骤和速率，以及传输模型来描述物质在电极表面的扩散和迁移过程。 通过对不同催化剂表面粗糙度的系统研究，评估了这些因素如何影响电催化反应的选择性。该研究表明，介观质量传输效应是决定电催化选择性的重要因素之一，并且这种效应与催化剂的表面积密切相关。 通过提供一种新的视角来解释电催化选择性的变化，该研究有助于推动对电催化机理的理解，并为设计具有更好选择性的催化剂提供了指导。
来源：Hendrik H. Heenen*, Hemanth S. Pillai, Karsten Reuter, et al., Exploring mesoscopic mass transport effects on electrocatalytic selectivity. Nature Catalysis, 2024, 7, 847-854 .
（赵佳敏）
