法兰西学院Marc Fontecave等研究发现Cu催化的CO2还原过程中,催化剂表面固定的分子物种,即硫醇官能化吡啶(SPy)可以作为特定碳产物的抑制剂,因此控制产物分布。
DFT计算确定三个主要反应途径,质子耦合电子转移产生两个表面吸附的CO 生成的中间体,为 *OCOH' 和 *OCOH,以及一个产生 HCOOH 的中间体*COOH。在存在和不存在 SPy 的情况下,表面吸附的氢中间体(*H)的自由能分布没有改变,表明SPy 分子不能稳定催化剂表面上的*H;甲酸盐途径以及涉及 *OCOH'的产生 CO 的途径显示出微小的自由能变化;然而涉及 *OCOH 中间体的 CO 途径在 SPy 存在下显示 *CO2- 和 *OCOH 中间体自由能的显著增加,表明在热力学上可抑制通过 *OCOH 途径形成 CO。
电子密度差异图确定SPy 的 N 原子和表面结合的中间体之间可能发生的去稳定的相互作用,导致自由能的增加。因此当 SPy 固定在Cu表面上可阻止*OCOH 的形成,因此抑制产物CO的生成。
Charles E. Creissen, José Guillermo Rivera de la Cruz et al. Molecular Inhibition for Selective CO2 Conversion. Angew. Chem. Int. Ed.2022, e202206279