تحديد المسار التفاعلي المعتمد على K+ لديناميكية مساعدة لتقليل CO2 كهربائيًا

تلعب الكاتيونات مثل K+ دورًا رئيسيًا في تفاعل تقليل CO2 كهربائيًا، لكن دورها في آلية التفاعل لا يزال محل نقاش. هنا، نستخدم بنية Ni-N4 ذات التناظر العالي لاستكشاف التأثير الميكانيكي لـ K+ وتحديد تفاعله مع CO2− الممتص كيميائيًا. وجدنا في دراستنا لديناميكية الكهرباء الكيميائية تحولًا في الخطوة المحددة لمعدل التفاعل في وجود K+. تشير الأدلة الطيفية لـ CO2− الممتص كيميائيًا من مطيافية الامتصاص بالأشعة السينية في الموقع ومطيافية رامان في الموقع إلى أصل هذا التحول في الخطوة المحددة لمعدل التفاعل. تكمل محاكاة ديناميكية الإمكانات الشاملة - المتوافقة مع النتائج التجريبية - هذه النتائج. ومن ثم، نحدد تفاعلًا غير تساهمي تم اقتراحه لفترة طويلة بين K+ و CO2− الممتص كيميائيًا. هذا التفاعل يثبت CO2− الممتص كيميائيًا وبالتالي يحول الخطوة المحددة لمعدل التفاعل من نقل بروتون وإلكترون متزامن إلى نقل بروتون مستقل. نتيجة لذلك، يقلل هذا التحول في الخطوة المحددة لمعدل التفاعل من حاجز التفاعل عن طريق القضاء على مساهمة خطوة نقل الإلكترون. يمكّن هذا المسار التفاعلي المعتمد على K+ حاجز طاقة أقل لتفاعل تقليل CO2 الكهربائي مقارنة بتفاعل تطور الهيدروجين المتنافس، مما يؤدي إلى انتقائية حصرية لتفاعل تقليل CO2 كهربائيًا. دور الكاتيونات في تقليل CO2 كهربائيًا أمر حاسم، ولكنه غامض. هنا، يجمع المؤلفون بين الديناميكا الكهربائية على محفز ذي ذرة واحدة محددة جيدًا مع محاكاة ديناميكية الإمكانات الشاملة لتوفير دراسة متعمقة لتفاعل أيونات K+ مع CO2− الممتص.