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Electric Field Effects in Electrochemical CO2 Reduction

机译：电化学还原二氧化碳中的电场效应

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Electrochemical reduction of CO2 has the potential to reduce greenhouse gas emissions while providing energy storage and producing chemical feedstocks. A mechanistic understanding of the process is crucial to the discovery of efficient catalysts, and an atomistic description of the electrochemical interface is a major challenge due to its complexity. Here, we examine the CO2 -> CO electrocatalytic pathway on Ag(111) using density functional theory (DFT) calculations and an explicit model of the electrochemical interface. We show that the electric field from solvated cations in the double layer and their corresponding image charges on the metal surface significantly stabilizes key intermediates ->*CO2 and *COOH. At the field-stabilized sites, the formation of *CO is rate-determining. We present a microkinetic model that incorporates field effects and electrochemical barriers from ab initio calculations. The computed polarization curves show reasonable agreement with experiment without fitting any parameters.
机译：电化学还原CO2具有减少温室气体排放的潜力，同时提供能量存储和生产化学原料。对过程的机械理解对于发现高效催化剂至关重要，而电化学界面的原子描述由于其复杂性而成为主要挑战。在这里，我们使用密度泛函理论（DFT）计算和电化学界面的显式模型研究了Ag（111）上的CO2-> CO电催化途径。我们表明，双层中溶剂化阳离子的电场及其在金属表面上的相应图像电荷显着稳定了关键中间体-> * CO2和* COOH。在现场稳定的地点，* CO的形成决定了速率。我们提出了一种微动力学模型，该模型结合了从头算计算中的场效应和电化学势垒。计算出的极化曲线与实验吻合得很好，没有拟合任何参数。

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