探究动态演变！港城大/苏科大/国科大，新发JACS！

金属-氮-碳（M-N-C）单原子催化剂（SACs）被广泛应用于催化电化学氧化还原反应，但是它们的长期催化稳定性极大限制了其实际应用。

2025年3月7日，香港城市大学刘彬、苏州科技大学杨鸿斌、中国科学院大学沈铮在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上发表了题为《Unraveling Dynamic Structural Evolution of Single Atom Catalyst via In Situ Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy》的研究论文。

在本文中，作者通过一系列原位表征，包括原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）、原位X射线吸收光谱（XAS）、准原位电子顺磁共振光谱（EPR）和原位紫外可见光谱（In Situ UV-Vis）以及密度泛函理论（DFT）计算，研究了两种具有不同铜-氮配位的模型铜-氮-碳单原子催化剂（Cu₁/N_pyri-C 和 Cu₁/_Npyrr-C）在电化学CO还原反应（CORR）中的动态演变。

结果表明，在电化学CORR过程中，Cu₁/N_pyrr-C上铜纳米颗粒的形成速率比Cu₁/N_pyri-C高出6倍以上。

准原位电子顺磁共振和原位紫外可见光谱测量表明，在电化学CORR过程中可以原位产生氢自由基，这些自由基会攻击Cu-N键，导致Cu-N-C SACs中的Cu²⁺析出，随后被还原形成Cu纳米粒子。

动力学计算表明，由于Cu₁/N_pyri-C具有更强的铜-吡啶氮键，其催化稳定性优于Cu₁/N_pyrr-C。

该研究加深了对电化学反应中硫属化合物(SACs)失活机制的理解，并为设计具有增强耐久性的下一代SACs提供了指导。

图1：Cu₁/N_pyri-C和Cu₁/N_pyrr-C的XPS、AES光谱和原位ATR-SEIRAS光谱

图2：原位ATR-SEIRAS光谱分析Cu₁/N_pyri-C和Cu₁/N_pyrr-C在电化学CORR中的动态结构演变

图3：原位XAS光谱分析Cu₁/N_pyri-C和Cu₁/N_pyrr-C在电化学CORR中的结构演变

Unraveling Dynamic Structural Evolution of Single Atom Catalyst via In Situ Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc., (2025), https://doi.org/10.1021/jacs.4c17565.

👉 点击阅读原文，立即下单！