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在“碳中和”的国际大背景下，设计具有高活性和选择性的二氧化碳电还原催化剂具有重要的现实意义和应用前景。当前，Au、Ag、Cu、Pd等贵金属及其相关材料仍然是人们探索二氧化碳还原电催化剂的热点。然而，贵金属催化剂具有催化活性低、产物选择性差以及析氢效率高等问题。
IT之家了解到，内蒙古大学物理科学与技术学院赵忠龙副教授带领团队，利用第一性原理计算模拟，首次提出了双金属单层电催化剂表面的“双位泛函”机制，能够有效地抑制析氢副反应并提升二氧化碳电还原为甲酸产物的活性和选择性。然而，实验合成具有超薄壳层的双金属电极仍然是一个挑战。鉴于此，该研究利用第一性原理计算模拟方法，首次提出过渡金属碳化物和氮化物可以作为贵金属单层的衬底，在保留“双位泛函”的基础上，能够显著提升催化剂的电化学稳定性。
二氧化碳还原高阶产物自由能相图|图源：内蒙古科技厅网站
通过研究，碳化物和氮化物支撑贵金属单层以及单层团簇催化剂中存在氢-衬底反键相互作用，能够打破吸附氢和二氧化碳还原中间物之间的能量线性关系。此外，通过理论模拟预测了一系列具有较高甲酸、甲醇和乙烯等碳氢化合物产物选择性的新型电催化剂，为提升电化学二氧化碳还原性能提供了新思路。
