祝贺庞龙博士在JACS期刊发表研究性论文

近日，我组在质子惰性Li-CO₂电化学领域取得新的进展，基于原位同位素标记谱学技术和理论计算，提出了电位依赖的Li-CO₂电化学机制，为质子惰性Li-CO₂电化学给出了更系统性的理解。

质子惰性电解液中的CO₂电化学还原反应，在人工碳循环、碳固定和储能等方面都有着独特的价值，也是决定Li-CO₂电池可逆性和过电位的关键反应。但是由于缺乏系统性的原位谱学证据，其中的反应机制依然存在争议。

本研究通过结合原位同位素标记谱学技术和理论计算，对金（Au）|二甲基亚砜（DMSO）模型界面处的Li-CO₂还原反应（Li-CO₂RR）路径进行了深入研究。根据所获得的直接光谱和质谱证据，提出了电势依赖的CO₂RR主反应和寄生反应路径：在低过电位（约2.1 V vs Li/Li⁺）下，主要的CO₂RR通过CO₂转化为CO的路径进行（即，2Li⁺ + 2CO₂ + 2e⁻ → CO + Li₂CO₃），而高过电位（约1.7 V vs Li/Li⁺）下，则会出现CO₂转化为Li₂C₂O₄的路径（即，2Li⁺ + 2CO₂ + 2e⁻ → Li₂C₂O₄），其中LiCO₂中间体的覆盖度是决定CO₂RR这一电位依赖现象的关键。另外，整个Li-CO₂RR过程也伴随着副反应，本研究首次给出了Li-CO₂RR副反应的原位谱学证据，捕捉到了COOH*和C₂H₄这样的副反应关键中间体和产物，确认了由活性LiCO₂中间体诱导的DMSO溶剂的脱质子反应。这些基础见解使我们能够为非水介质中的Li-CO₂RR路径建立分子图像，并将为可逆Li-CO₂电化学提供关键指导。

相关研究成果以“Unlock CO₂ Reduction Reaction Pathways in Aprotic Li-CO₂ Batteries with In Situ Isotope-Labeled Spectroscopy and Theoretical Calculations”为题，于近日发表在JACS上，通讯作者为彭章泉研究员、赵志伟副研究员，第一作者为彭章泉老师的学生庞龙。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、国家重点研发计划和大连支持高层次人才创新创业项目的支持。（文/图 庞龙 赵志伟）

文章链接https://doi.org/10.1021/jacs.4c03742