Nature子刊：单原子催化剂的原子构型动态活化，实现选择性电催化CO2还原

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将CO₂电化学转化为高附加值的化学燃料是储存可再生能源的有效途径。然而，高效CO₂还原反应(CO₂RR)的关键挑战是由于不同的反应路径导致的反应复杂性，因此，大量的电催化剂被研究用于CO₂还原，其中单原子催化剂由于其显著的选择性而受到人们的关注。目前，仍然缺乏对单原子位点上的动态结构和由此产生的产品构型之间的相互作用的深入理解。

此外，各种产物的选择性与中间体的结合情况密切相关，这直接与催化活性的分配与特定的反应位点相关联。更重要的是，在电势驱动反应(即电化学CO₂还原)过程中，活性位点的原子结构可能发生显著变化，从而产生自适应活性状态。因此，解决所有这些问题需要详细和系统的原位研究。

基于此，台湾大学陈浩铭和Yuan-Chung Cheng等直接揭示了原子分散的铜体系中电势驱动的动态重构，进一步阐明了其电化学还原CO₂的产物构型依赖性。

研究人员首次利用液相电化学透射电子显微镜实现了氮配位铜单原子电催化剂在CO₂还原过程中动态变化的成像；并通过综合分析发现，在CO₂还原过程中，原子构型的动态活化产生了自适应的低配位形式(金属-N键的弱化/断裂)，其有效的原子表面充电显著提高了对CO产物的催化选择性。

同时，原子表面电荷(φe)与构型转化为动态低配位电荷密切相关(Cu SAC为−0.7 V，Fe为−0.3 V，Co SAC 为−0.4 V)，表明原子表面电荷可以作为CO₂RR产物分布的内在选择性和活性的信息指示剂。

总的来说，研究人员已经证明SAC的原子构型可以显着影响活性位点的电子结构和中间体的吸附，从而最终改变CO₂RR途径的能垒；并且该项研究提出的观点，动态低N配位构型通过在原子表面储存电荷来促进CO₂RR，将为单原子催化剂体系提供一个普遍的解释，并提供一个全面的原位研究的机理理解的模型。更重要的是，该项研究结果强调了原子表面电荷作为建立与电催化活性相关性的信息指标的重要潜力。

Activating Dynamic Atomic-configuration for Single-site Electrocatalyst in Electrochemical CO₂ Reduction. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-40970-y

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