Gần đây, nhóm nghiên cứu của Lu QI tại Khoa Kỹ thuật Hóa học của Đại học Tsinghua cho thấy ảnh hưởng của hiệu ứng cation đối với việc giảm điện phân carbon monoxide bằng cách kết hợp thử nghiệm hoạt động phản ứng và quang phổ hồng ngoại tại chỗ được tăng cường bề mặt. Nghiên cứu đề xuất rằng có các thành phần điện trường và điện trường trong hiệu ứng cation, không chỉ bị ảnh hưởng bởi các đặc điểm của cation, mà còn liên quan đến thành phần của giao diện điện hóa. Nghiên cứu này cũng cung cấp một ý tưởng quan trọng để hiểu thêm về ảnh hưởng của thành phần và cấu trúc giao diện điện hóa đối với các phản ứng qua trung gian điện cực.
Trong những thập kỷ gần đây, biến đổi khí hậu do hành vi của con người gây ra đã mang lại một loạt các vấn đề sinh thái và môi trường, nhưng nó cũng đã đẩy nhanh sự phát triển của các công nghệ năng lượng mới. Đặc biệt trong những năm gần đây, các ngành công nghiệp điện quang và gió của đất nước tôi đã phát triển nhanh chóng, và giá của sản xuất năng lượng mặt trời và gió đã trở nên cạnh tranh trên thị trường. Sử dụng năng lượng tái tạo để đạt được sự chuyển đổi điện phân của carbon cung cấp một giải pháp thực tế để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu do con người gây ra. Các phản ứng giảm CO2 và CO điện hóa xảy ra tại giao diện giữa điện cực kim loại và dung dịch nước. Do đó, hiệu suất xúc tác bị ảnh hưởng bởi cả bề mặt điện cực và chất điện phân. Các cation trong chất điện phân đóng vai trò rất quan trọng tại giao diện phản ứng. Ở tiềm năng giảm, các cation bị thu hút vào giao diện điện hóa. Mặc dù các cách khác nhau có thể trong đó các cation ảnh hưởng đến các phản ứng điện phân qua trung gian bề mặt đã được đề xuất, nhưng vẫn không có sự đồng thuận trong cộng đồng học thuật do thiếu bằng chứng thực nghiệm trực tiếp.
Hình 1. (A) Dữ liệu phổ trong đồng bão hòa 0. 1 m hydroxit kiềm khác nhau; . (D) Sơ đồ của một tế bào quang phổ hồng ngoại tăng cường bề mặt tại chỗ.
Trong công trình này, các nhà nghiên cứu trước tiên đã thử nghiệm hiệu suất của giảm điện phân carbon monoxide (CORM) trong các chất điện giải chứa các cation kiềm khác nhau. Dữ liệu cho thấy các tính chất của các cation kiềm có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động và phân phối sản phẩm của COR trên bề mặt của các chất xúc tác Cu đa tinh thể. Không xem xét lớp hydrat hóa của cation, tốc độ của cả hai phản ứng tiến hóa chính xác và hydro tăng lên khi tăng kích thước cation. Hiệu quả của các sản phẩm chính xác cũng tăng theo sự thay đổi kích thước cation từ Li+ sang K+, nhưng về cơ bản vẫn không thay đổi đối với các cation lớn hơn. Kết hợp với quang phổ hồng ngoại tại chỗ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các cation khác nhau dẫn đến các phân phối khác nhau của các vị trí hấp phụ CO trên Cu. Khi kích thước cation tăng từ Li+ đến K+, tỷ lệ CO được hấp phụ trên vị trí bước để CO hấp phụ trên sân thượng tăng dần, và sau đó ổn định trên các cation lớn hơn. Xu hướng này tương tự như sự thay đổi của tốc độ điều chỉnh rõ ràng của sự hấp phụ CO được đo trong các chất điện phân cation hydroxit khác nhau. Có thể thấy rằng cường độ điện trường giao thoa là lý do chính cho sự gia tăng hoạt động phản ứng chính xác từ Li+ sang K+ và khi K+ thay đổi hơn nữa thành CS+, tốc độ điều chỉnh rõ ràng và tốc độ phản ứng chính xác đều có xu hướng ổn định, chỉ ra rằng ở đó là các thành phần không điện trong hiệu ứng cation. Công trình này kết hợp thử nghiệm hoạt động điện hóa và quang phổ hồng ngoại tại chỗ. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh thêm rằng hiệu ứng cation là một thành phần quan trọng của ảnh hưởng tổng thể của thành phần và cấu trúc giao diện điện hóa đối với các phản ứng qua trung gian điện cực và tiết lộ rằng hiệu ứng cation có cả các thành phần điện trường và điện trường.
Nghiên cứu, có tiêu đề "Hiểu các thành phần điện trường và không điện của hiệu ứng cation trên phản ứng giảm điện điện hóa", đã được công bố trên tạp chí Science Advance vào ngày 6 tháng 11 năm 2020. Lu Qi từ Khoa Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Tsinghua và Phó Giáo sư Xu Bingjun từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Kỹ thuật Sinh học tại Đại học Đại học Del biết. Công trình này được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc và các dự án khác.