通讯作者：卢旭
*
液态金属（
LMs
）因其高导电性、可塑性和动态表面特性，在柔性电子、能源催化等领域备受关注。然而，液态金属原子的无序运动如何影响反应路径和能垒仍未明晰。同时，传统固态催化剂受限于刚性晶格，难以动态适应反应中间体的吸附构型，导致电催化
CO₂
还原（
CO₂R
）反应效率低下。本研究通过理论与实验结合，揭示了液态金属中原子自由度的动态调控机制，为高效电催化提供了全新策略。
有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学卢旭教授团队在国际顶级期刊《
ACS Catalysis
》发表题为
“Unlocking atomic degrees of freedom in liquid metals for accelerated electrocatalytic reactions”
的研究论文。团队通过分子动力学模拟、原位高分辨电镜和原位光谱技术，揭示了液态金属原子无序运动的动态特性，并证明其表面可自适应匹配反应中间体构型，进而显著提升
CO₂
还原性能。在高压条件下，液态金属催化剂的电流密度较同类固态催化剂提升
3.4
倍，甲酸选择性高达
94.8%
。
要点一：液态金属原子自由度可视化
·
通过原位电镜捕捉到液态金属（
LM47
）在近熔点温度下的原子振荡与随机运动，结合分子动力学模拟，证实液态金属原子自由度远高于固态。
·
理论计算表明，液态金属表面可动态匹配
CO₂
及中间体吸附构型，降低活化能。
要点二：自适应表面加速
CO
₂
还原
·
液态金属（
L47
）的
*CO₂
吸附能（
-0.11 eV
）显著优于固态（
0.04 eV
），促进线性
CO₂
向极化态转化。
·
原位拉曼光谱显示，液态金属表面富集关键中间体（
*CO₂⁻
、
*HCOO
），甲酸生成路径更高效。
要点三：高压解锁原子自由度，性能再突破
·
加压至
40 bar
时，液态金属总电流密度提升至
536.2 mA cm⁻²
，甲酸分电流密度达
-376.6 mA cm⁻²
，远超固态催化剂。
·
高压增强
CO₂
覆盖度，液态表面动态适应性进一步释放，中间体浓度显著提高。
【文章链接】
Unlocking atomic degrees of freedom in liquid metals for accelerated electrocatalytic reactions, ACS Catal. 2025, 15, 3505-3514
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c00087
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