我室理论催化创新特区研究组(05T8组)肖建平研究员团队与浙江大学侯阳教授、美国纽约州立大学布法罗分校武刚教授合作，在二氧化碳电催化还原制甲酸的研究中取得新进展。
在固体催化材料表面发生的化学反应，都遵循Sabatier原理，即当催化剂的反应性太强，反应受到脱附、扩散、耦合等基元步骤的影响，造成其活性较低；而当催化剂的反应性太弱的时候，反应物难以吸附，也难以解离活化，致使其活性也相对较低。所以一个适中的反应性被认为是达到最优反应活性的唯一选择，如左下图所示。
图注：从左到右分别是传统的火山型曲线，反应网络，能量全局最优，双顶点火山型曲线。
对于二氧化碳电催化还原制备甲酸过程，有大量的研究均支持甲酸根(HCOO*)反应机理，即二氧化碳先质子化得到甲酸根(HCOO*)，而甲酸根再质子化得到甲酸(HCOOH)。普遍认为二氧化碳先质子化得到羧基(COOH*)过程，接下来只会产生CO，而不会得到甲酸。此次理论研究表明，从反应网络和能量最优算法分析，在低电压下大量的金属表面均是通过羧基(COOH*)过程得到甲酸，这非常好地解释了金属Pd上面二氧化碳电催化还原的特殊现象。这与碱式碳酸铅表面的双火山曲线一致（Nat. Commun, 2020, 11, 3415）。
通过此次研究工作的启示，在具有反应复杂网络的情况下，由于反应路径的差异，传统的火山型曲线应该是非常难以存在的。多个顶点共存的火山型曲线应该是常态。
相关成果发表在Adv. Mater.上。该工作得到了国家自然科学基金、中科院先导B项目和辽宁省“兴辽英才计划”等研究经费的支持。
