亚稳态是各种催化剂状态中活性最好的状态，但是因为催化剂的活性位点在催化反应过程中处于持续的变化，因此鉴定催化剂的亚稳态具有非常大的挑战和困难。

有鉴于此，清华大学肖海、中国科学院大连化物所李旭宁、香港城市大学刘彬等通过原位¹¹⁹Sn Mössbauer谱表征技术和DFT理论计算模拟，对催化剂进行追踪，并且鉴定了催化CO₂还原为CO的单原子Sn亚稳态，当Sn的担载量为5.25 wt. %和-0.8 V过电势，CO的法拉第效率达到98 %。

主要内容

（1）

通过动态Mössbauer谱表征技术，鉴定说明CuO基底中的原子分散Sn⁴⁺位点在CO₂电化学还原反应中从Sn⁴⁺-O₄-Cu²⁺转变为亚稳态Sn⁴⁺-O₃-Cu⁺。通过原位XPS光谱，原位Raman，ATR-DRIFT表征，发现Sn⁴⁺-O₃位点稳定相邻的Cu⁺位点并且促进*CO脱附。

（2）

通过DFT计算验证了原位生成的Sn⁴⁺-O₃-Cu⁺通过调节*COOH中间体物种的吸附结构实现调节反应过程的路径，作为真实的催化反应活性位点。该位点调节反应路径，降低CO₂加氢反应和*CO脱附步骤的能垒，因此改善CO₂转化为CO的性能。

这项研究展示单原子Sn能够在催化反应中原位调节Cu催化剂的电子结构，这项工作有助于发展新型高活性CO₂还原电催化剂。

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Ruru Chen, Jian Zhao, Yifan Li, Yi Cui, Ying-Rui Lu, Sung-Fu Hung, Shifu Wang, Weijue Wang, Guodong Huo, Yang Zhao, Wei Liu, Junhu Wang, Hai Xiao*, Xuning Li*, Yanqiang Huang, and Bin Liu*, Operando Mössbauer Spectroscopic Tracking the Metastable State of Atomically Dispersed Tin in Copper Oxide for Selective CO₂ Electroreduction, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c06738

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06738