摘要：電催化CO2還原反應(yīng)（CO2RR）的反應(yīng)途徑涉及多個質(zhì)子-電子對轉(zhuǎn)移，在水溶劑條件下，質(zhì)子的來源是水分子，考慮水分子對質(zhì)子-電子對的轉(zhuǎn)移機(jī)制十分必要。本研究提出水輔助氫穿梭模型，與常用的以氫原子作為氫源的直接加氫模型對比，研究水分子在CO2RR中對質(zhì)子-電子對轉(zhuǎn)移的影響。采用密度泛函理論，系統(tǒng)地研究了銅原子嵌入C2N單層催化劑（Cu@C2N）和石墨烯作為襯底的Cu@C2N/石墨烯復(fù)合催化劑（Cu@C2N/G）表面上不同加氫模型的CO2RR反應(yīng)機(jī)理。在水輔助氫穿梭模型中，氫原子與水分子結(jié)合形成水合質(zhì)子，水合質(zhì)子將自身的氫原子轉(zhuǎn)移到催化劑表面的反應(yīng)物上形成反應(yīng)中間體，增強(qiáng)了中間體與催化劑之間的相互作用。此外，在Cu@C2N/G催化劑中，石墨烯將電子轉(zhuǎn)移到表面的Cu@C2N上，提高了催化劑的CO2RR催化活性。進(jìn)一步，計算了Cu@C2N和Cu@C2N/G催化劑上CO2RR和析氫反應(yīng)的極限電位，討論催化劑的活性和選擇性。結(jié)果表明CO2在低電位下容易生成HCOOH，施加高電位時可以生成CO、CH3OH和CH4并伴隨著H2的生成。

關(guān)鍵詞：CO2還原反應(yīng)；電催化；氮摻雜石墨烯；水輔助氫穿梭；反應(yīng)機(jī)理；密度泛函理論

中圖分類號：O643