体缺陷在许多催化条件下是稳定的，因此是多相催化的理想设计对象。当它们与表面相交时，就会产生大量的扰动。利用缺陷来改善催化剂的能力取决于建立特定的缺陷-活性关系，并最终理解这些关系在表面结构中是如何表现的，这对于开发可操作的催化剂设计原则是至关重要的。二氧化碳电还原是催化剂设计元素的重要试验场，因为在许多将可再生能源转换为碳基燃料的策略中，它是能量损失的主要来源。Au材料是已知的CO₂电还原为CO的催化剂中最活跃和选择性最强的，因此为研究缺陷对最新活性的影响提供了一个有用的模型系统。

含本体缺陷的材料已被证明会影响对能量转换系统很重要的电催化材料，但这些影响的结构来源尚未完全阐明。斯坦福大学Matthew W. Kanan和英国华威大学Patrick R. Unwin合作在Nature Materials发文，研究了Au表面局域CO₂电还原活性增加的微观原因。

在这里，作者结合使用高分辨率扫描电化学池显微镜和电子背散射衍射来观测在Au表面的电位依赖的电催化CO₂和析氢活性，以及本体缺陷的作用。两种原位技术的使用提供了高分辨率的、与电位相关的mapping，覆盖了金电极相对较大的区域，从而能够对缺陷和晶格变形对CO₂电还原的作用进行广泛的研究。结果表明，Au上的CO₂电还原对晶格应变本身不敏感。相反，CO₂电还原依赖于位错密度，在位错迁移受阻的晶界处或其他缺陷(如滑移带)时，位错密度可得到增强。这一现象归因于位错表面末端的台阶成核，这改变了未配位位点的数量，而未配位位点被认为是CO₂电还原最活跃的位点。相比之下，析氢反应并不依赖于未配位位点，并且在这些位点上也没有表现出析氢速率的增强，这进一步为选择性增强CO₂电还原的结构基础提供了证据。

这些研究为理解电催化中的微观构效关系提供了思路，并推动了更广泛地探索晶界和位错工程以提高电催化材料的性能

图1. 金电极微观结构电催化效应研究的实验方法

图2. 探究析氢活性的微观结构依赖性

图3. 探索二氧化碳电还原活性的微观结构依赖性

图4. 用SECCM扫描样品A的HR-EBSD图谱

图5. 样本B中42°GB周围高度变形区域的EBSD和SECCM的扫描图谱

Evans, A.M., Giri, A., Sangwan, V.K. et al. Thermally conductive ultra-low-k dielectric layers based on two-dimensional covalent organic frameworks. Nat. Mater. (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-00934-3

华算科技专注理论计算模拟服务，具有超强的技术实力和专业性。是同时拥有VASP、Materials Studio、Gaussian商业版权及其计算服务资质和海外高层次全职技术团队的正规机构！

采用第一性原理计算与分子动力学、蒙特卡罗等方法相结合，对电池、催化、纳米材料、生物医药等进行多尺度设计与模拟，专注为海内外催化、纳米及能源领域科研人员提供材料计算模拟整体技术解决方案。

客户群体：已为清华、北大、天大、北理、北航、西交、华工、同济、复旦以及中科院各大院所等百余个高校院所提供超过1000个解决方案。

点击链接提交计算需求：http://tsinghuasuan.mikecrm.com/600FYnG 

DFT理论计算培训包括：

VASP软件零基础培训、VASP晶体与二维材料专题培训、VASP表面/吸附/催化专题培训、VASP半导体与缺陷专题培训、催化DFT计算培训等。

Materials Studio零基础培训、Materials Studio电催化专题培训、Materials Studio进阶培训等。

高斯计算零基础培训、高斯进阶培训等。

联系人：吴硕  电话：13128723011  微信：huasuan-shuo（或扫描下方二维码）