第一作者：Hendrik H. Heenen

通訊作者：Vanessa J. Bukas，Hendrik H. Heenen

通訊單位：馬克斯-普朗克協會弗里茨-哈伯研究所

論文速覽

本論文探討了在電催化過程中，通常在原子層面上討論的電催化選擇性，往往忽略了介觀質量傳輸的微妙影響。作者展示了傳輸如何通過電極與電解液中表面結合反應中間體的交換來控制選擇性，認為由此產生的動力學競爭隨著催化劑表面積的變化而變化，并且對于技術重要的反應具有相關性，例如在銅（Cu）基催化劑上電化學還原CO₂時產生不同的產品。

通過結合微觀動力學和傳輸建模的多尺度方法，作者特別探索并量化了實驗文獻中的各種展示示例。盡管模型簡單，但它正確地再現了與催化劑粗糙度相關的選擇性趨勢。

圖文導讀

圖1：脫附-再吸附-反應機制的示意圖。

圖2：由于顆粒負載，選擇性隨著電催化劑粗糙度而變化。

圖3：選擇性隨著電催化劑顆粒形狀和表面波紋而變化。

圖4：由于合金化，選擇性隨著電催化劑粗糙度而變化。

總結展望

本研究強調了介觀質量傳輸在決定電催化選擇性中的關鍵作用。通過多尺度建模和對實驗文獻的詳細審查，作者量化了所謂的脫附-再吸附-反應機制的效果，并展示了其在不同的氧化還原反應、不同的催化劑和不同的電極設置中的普遍性。重要的是，分析突出了表面粗糙度作為能夠捕捉催化劑形態對選擇性影響的關鍵描述符。這種簡單的圖像將任何來自形態的影響，無論其來源如何，都簡化為一維的粗糙度參數。

作者認為，當前的機理研究對于電催化劑設計具有價值，不僅在于優化穩態操作，還在于催化劑老化和降解的背景下。粗糙度畢竟是反應條件下最常見的動態屬性。根據脫附-再吸附-反應機制，動態演變的催化劑形態（例如，由于重構、顆粒聚集或溶解）將改變最終的產品選擇性，從而改變目標催化性能。

文獻信息

標題：Exploring mesoscopic mass transport effects on electrocatalytic selectivity

期刊：Nature Catalysis

DOI：10.1038/s41929-024-01177-6