Modellierung des Reaktionsmechanismusses

Kürzlich wurde CO₂ bei Raumtemperatur und niedriger Spannung unter Verwendung von cer-haltigem Galinstan als Elektrokatalysator in feste kohlenstoffhaltige Produkte umgewandelt (Esrafilzadeh et al. (2019)). Es wurde ein Reaktionsweg vorgeschlagen, der die Bildung einer Ce^(III)-Oxidschicht an der Oberfläche des flüssigen Metalls und dessen Reduktion zu Ce⁽⁰⁾ umfasst, wonach der eigentliche katalytische Schritt stattfindet:

Obwohl mehrere experimentelle Techniken, einschließlichOperando- Raman-Spektroskopie und hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie, die Existenz von Ce^(III)₂O₃ und Ce^(IV)O₂ auf der Oberfläche der Flüssigmetallelektrode bestätigen, bleibt der genaue Reaktionsmechanismus ungeklärt. Hier wird die atomistische Modellierung, wie sie routinemäßig am Institut für Theoretische Chemie der Universität Ulm unter Verwendung periodischer Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Rechnungen durchgeführt wird, Zugang zu Informationen über den Reaktionsmechanismus einschließlich Reaktionszwischenprodukten und katalytisch aktiven Oberflächenstellen bieten. Auf diese Weise wird ein verbessertes Verständnis des Reaktionsmechanismus erreicht, was wiederum einen brauchbaren Input für die experimentellen Mitar-beiter liefern kann, um den gesamten Prozess abzustimmen und zu optimieren.