鲍哲南院士等JACS：咪唑离聚物调控电化学CO2还原中的析氢速率
通讯作者：Christopher Hahn；鲍哲南；Thomas F. Jaramillo
图1. (A)咪唑鎓离聚物的合成方案。(B)测试的五个咪唑鎓基团的结构，在波浪键处连接到聚苯乙烯主链，并在相应结构上方标有缩写。(C)实验方法示意图显示通过喷涂和随后的CO2R测试在Ag箔上沉积薄的离聚物薄膜。
图2. (A)相对于裸银表面（Ag，黑色）和0.5 μg/cm2的1MPS（Ag-1MPS，蓝色）的CO部分电流密度（jCO，对数标度）与电极电位的关系，带有阴影的最小值/最大值(B)中与H2(jH2, logscale)对应的部分电流密度的误差线。CO2R实验在0.1 M KHCO3中进行，CO2入口流速为10 sccm。(A)和(B)中的连续曲线是通过对来自两个独立实验的离散计时电流扫描进行插值生成的（参见方法）。(C)在N2流的两室测试中，裸银（黑色）和Ag-1MPS（蓝色）的jH2比较，圆圈代表计时电流扫描的数据，内插虚线引导眼睛。(D)在N2流下旋转圆盘电极测试中裸银（黑色）和Ag-1MPS（蓝色）的jH2的比较。
图3. 裸银(A)和Ag-1MPS(B)的一系列CO2分压在0到1 bar之间（用阴影表示）的H2部分电流密度（jH2，对数标度）与电极电位的关系。裸银(C)和Ag-1MPS(D)的CO部分电流密度。所有实验均在0.1 MKHCO3中的两室单元中进行，总流速设置为20 sccm。
图4. (A)H2(jH2)的部分电流密度与使用图1B和(B)相应CO部分电流密度缩写的一系列官能化咪唑鎓离聚物的电极电位的对数关系。(C) j=k010−AV拟合jH2曲线的早期部分，用于1MPS（左上）、1BPS（右上）、1BzPS（左下）和 1tBPS（右下）和(D)拟合k0值以对数标度对Es（空间塔夫脱参数）绘制。
图5. (A)碳酸氢盐去质子化的电位相关反应自由能(eV)，在裸Ag(100)表面（黑色·）和1tBPS（洋红色·）和1MPS（蓝色·）存在。(B)由于使用eq 6计算的1MPS和1tBPS，碳酸氢盐去质子化的热力学速率相对提高。(C)HCO3+1MPS和(D)HCO3+的DFT优化结构的剖面图。Ag(100)上的1tBPS计算为-0.5 V vs SHE。原子颜色表示：氢（浅灰色）、碳（深灰色）、氧（红色）、氮（蓝色）和银（蓝绿色）。
参考文献：
David M. Koshy, Sneha A. Akhade, Adam Shugar, Kabir Abiose, Jingwei Shi, Siwei Liang, James S. Oakdale, Stephen E. Weitzner, Joel B. Varley, Eric B. Duoss, Sarah E. Baker, Christopher Hahn, Zhenan Bao, Thomas F. Jaramillo. Chemical Modifications of Ag Catalyst Surfaces with Imidazolium Ionomers Modulate H2 Evolution Rates during Electrochemical CO2 Reduction. J. Am. Chem. Soc. 2021, https://doi.org/10.1021/jacs.1c06212.