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【DFT+實驗】Chem：近100%選擇性！銅晶格張力促進全池CO電解制多碳烯烴和含氧化合物

通過CO₂電解產生的CO或通過重整或氣化從頁巖氣、生物質等資源中提取的CO為高價值的C₂₊化合物是一種很有前途的有效碳利用方法，但當前的全電池系統在工業相關的電流密度下受到高電池電壓的影響。

基于此，廈門大學王野教授等人報道了一種晶格張力策略，以在高CO覆蓋率下增強銅催化劑上的CO化學吸附和C-C耦合。具有4%晶格張力的紡錘形銅在僅2.4 V時就實現了1.0 A cm^?2的電流密度和84%的C₂₊化合物法拉第效率（FE）。以摩爾碳為基礎，C₂₊產物以接近100%的選擇性和41%的產率形成。

通過密度泛函理論（DFT）計算，作者研究了CO在不同覆蓋程度的Cu表面上的結合強度。作者選擇了兩個具有代表性的Cu(111)和Cu(100)作為模型面進行計算，其中Cu(100)表面CO吸附能的計算絕對值高于Cu(111)表面CO吸附能的計算絕對值，當Cu(100)和Cu(111)表面CO覆蓋面積增加到0.3單層（ML）時，CO吸附能的計算絕對值顯著下降。

在CO覆蓋率較高時，Cu表面對CO的吸附減弱。較高的CO覆蓋率可能會導致吸附劑之間更強的偶極子-偶極子斥力，以及CO在不太優選的位點上的吸附。CO吸附的減弱將不利于C-C偶聯，而C-C偶聯是形成C₂₊化合物的關鍵步驟。

DFT計算預測，Cu晶格的拉伸應變可在高覆蓋范圍內增強CO的吸附。在Cu(100)和Cu(111)表面的飽和CO覆蓋率分別為10/18和7/16 ML時，隨著拉伸應變的增加，CO吸附能的絕對值逐漸增加，并且Cu(100)表面的吸附能保持高于Cu(111)表面的吸附能。

DFT計算顯示CO吸附能顯著增加，特別是在CO覆蓋率較高的情況下。表面Cu原子d帶的投影態密度（PDOSs）分析表明，在4%晶格張力后，Cu(100) d帶中心向費米能級上升了+0.05 eV。

Copper lattice tension boosts full-cell CO electrolysis to multi-carbon olefins and oxygenates. Chem, 2023, DOI: 10.1016/j.chempr.2023.03.022.

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