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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),，努力搶占科技制高點,，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn),。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿,、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場,、面向國家重大需求,、面向人民生命健康,，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地,，率先建成國家高水平科技智庫,，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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研究建立電催化環(huán)境下銅基催化劑結(jié)構(gòu)重構(gòu)模擬新方法

2025-04-21 上海高等研究院

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金屬銅因具有將二氧化碳還原生成多碳產(chǎn)物的特性,，引起學(xué)界的廣泛關(guān)注。但電催化二氧化碳還原反應(yīng)（eCO₂RR）的產(chǎn)物選擇性,、銅基催化劑穩(wěn)定性及能源效率等問題是制約其工業(yè)化應(yīng)用的核心瓶頸,。實驗結(jié)果表明，銅基催化劑的表面形貌在電催化二氧化碳還原反應(yīng)條件下易發(fā)生變化,，影響其催化機(jī)理和反應(yīng)活性,。因此，深入解析催化劑在反應(yīng)條件下的微觀結(jié)構(gòu)和形貌變化特性，并研究其對反應(yīng)性能的影響,，對催化劑理性設(shè)計與優(yōu)化具有重要意義,。

近日，中國科學(xué)院上海高等研究院副研究員唐慶麗團(tuán)隊基于反應(yīng)環(huán)境動力學(xué)蒙特卡洛模擬方法,，結(jié)合電勢依賴的巨正則蒙特卡洛模擬和密度泛函理論方法,，對電催化二氧化碳還原反應(yīng)的關(guān)鍵中間體誘導(dǎo)銅（100）表面原子級重構(gòu)機(jī)理和重構(gòu)表面反應(yīng)性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

研究發(fā)現(xiàn),，誘導(dǎo)銅（100）局部一氧化碳高覆蓋引起了表面原子跳出,，并遷移、聚集形成小團(tuán)簇,。在模擬的條件下,，重構(gòu)表面在寬電位范圍內(nèi)展現(xiàn)出長達(dá)小時級的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時,，不同還原產(chǎn)物具有位點選擇性,。

該研究建立了電催化環(huán)境下銅基催化劑結(jié)構(gòu)重構(gòu)模擬新方法，實現(xiàn)了宏觀時間尺度（小時級）近萬原子銅（100）表面結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程模擬,，并揭示了銅（100）表面原子級重構(gòu)機(jī)制,。上述成果有助于學(xué)界探討反應(yīng)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)演變對銅（100）表面催化eCO₂RR的影響，并為通過調(diào)控原位活性位點的形成來提升產(chǎn)物選擇性提供理論可能,。

相關(guān)研究成果以Reaction-Driven Varieties of Active Sites on Cu(100) in Electrochemical CO₂?Reduction Reaction為題,，發(fā)表在《ACS催化》（ACS Catalysis）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會,、科學(xué)技術(shù)部,、上海市科學(xué)技術(shù)委員會等的支持。

論文鏈接

該研究建立的巨正則蒙特卡洛和反應(yīng)環(huán)境動力學(xué)蒙特卡洛模擬方法迭代流程圖

金屬銅因具有將二氧化碳還原生成多碳產(chǎn)物的特性,，引起學(xué)界的廣泛關(guān)注。但電催化二氧化碳還原反應(yīng)（eCO2RR）的產(chǎn)物選擇性,、銅基催化劑穩(wěn)定性及能源效率等問題是制約其工業(yè)化應(yīng)用的核心瓶頸,。實驗結(jié)果表明，銅基催化劑的表面形貌在電催化二氧化碳還原反應(yīng)條件下易發(fā)生變化,，影響其催化機(jī)理和反應(yīng)活性,。因此，深入解析催化劑在反應(yīng)條件下的微觀結(jié)構(gòu)和形貌變化特性,，并研究其對反應(yīng)性能的影響,，對催化劑理性設(shè)計與優(yōu)化具有重要意義。近日,，中國科學(xué)院上海高等研究院副研究員唐慶麗團(tuán)隊基于反應(yīng)環(huán)境動力學(xué)蒙特卡洛模擬方法,，結(jié)合電勢依賴的巨正則蒙特卡洛模擬和密度泛函理論方法，對電催化二氧化碳還原反應(yīng)的關(guān)鍵中間體誘導(dǎo)銅（100）表面原子級重構(gòu)機(jī)理和重構(gòu)表面反應(yīng)性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究,。研究發(fā)現(xiàn),，誘導(dǎo)銅（100）局部一氧化碳高覆蓋引起了表面原子跳出,，并遷移、聚集形成小團(tuán)簇,。在模擬的條件下,，重構(gòu)表面在寬電位范圍內(nèi)展現(xiàn)出長達(dá)小時級的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。同時,，不同還原產(chǎn)物具有位點選擇性,。該研究建立了電催化環(huán)境下銅基催化劑結(jié)構(gòu)重構(gòu)模擬新方法，實現(xiàn)了宏觀時間尺度（小時級）近萬原子銅（100）表面結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程模擬,，并揭示了銅（100）表面原子級重構(gòu)機(jī)制,。上述成果有助于學(xué)界探討反應(yīng)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)演變對銅（100）表面催化eCO2RR的影響，并為通過調(diào)控原位活性位點的形成來提升產(chǎn)物選擇性提供理論可能,。相關(guān)研究成果以Reaction-Driven Varieties of Active Sites on Cu(100) in Electrochemical CO2?Reduction Reaction為題,，發(fā)表在《ACS催化》（ACS Catalysis）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會,、科學(xué)技術(shù)部,、上海市科學(xué)技術(shù)委員會等的支持。論文鏈接該研究建立的巨正則蒙特卡洛和反應(yīng)環(huán)境動力學(xué)蒙特卡洛模擬方法迭代流程圖

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