近日，我所汪国雄研究员和包信和院士团队研究了焦磷酸铜催化剂（Cu2P2O7）的电化学原位重构特性以及二氧化碳电催化还原（CO2RR）性能，借助电化学原位拉曼光谱的表征技术，观察到催化剂表面吸附的*CO中间体，发现重构的Cu2P2O7催化剂有利于桥式和线式*CO的吸附，从而有效促进CO₂RR中的C-C偶联，提高C₂₊产物的法拉第效率。相关工作以题为“A Reconstructed Cu₂P₂O₇ Catalyst for Selective CO₂ Electroreduction to Multicarbon Products”发表在Angewandte Chemie International Edition上。

本工作的原位表征利用了我所能源研究技术平台(DNL20)的RENISHAW inVia拉曼-原子力显微镜连用成像分析系统完成。利用电化学原位池可实时观察到电化学还原过程中催化剂的表面结构和吸附物种。本工作中在10~400 mA cm^-2的电流密度范围内，观察到位于533-538 cm^-1和615-623 cm^-1的特征峰，分别归属于CuO_x/OH_y 及Cu-O_ad物种，证明Cu²⁺在电化学过程中还原为Cu⁰。此外，还观察到催化剂表面存在桥式和线式吸附的*CO中间体吸附峰（1823-1858 cm^-1和2055-2073 cm^-1），而对比样品CuO催化剂表面仅观察到线式吸附的*CO物种。中间体的吸附构型对CO₂RR中C-C偶联生成C₂₊产物的步骤产生较大的影响，原位拉曼光谱的实验结果结合密度泛函理论计算发现，原位重构的Cu₂P₂O₇催化剂表面上线式和桥式吸附*CO之间的C-C偶联能量低于在Cu催化剂表面上常见

Figure 3. In situ Raman spectroscopy results at different current densities during CO₂RR. Copper oxide region of the (a, b) reconstructed Cu₂P₂O₇ electrode and (d, e) CuO-800 electrode (Raman shift between 320~650 cm^-1); CO region of the (c) reconstructed Cu₂P₂O₇ electrode and (f) CuO-800 electrode (Raman shift between 1600~2200 cm^-1).

原位电化学拉曼光谱是催化研究领域中重要分析技术手段之一。能源研究技术平台(DNL20)的拉曼-原子力显微镜连用成像分析系统配有532 nm和785 nm激光器，结合显微镜成像功能，可进行微区扫描，具有优良的拉曼信号响应和稳定性。拉曼光谱覆盖100-4000 cm^-1的宽波数区间，可同时对固体样品结构及表面吸附物种进行分析，也可以对液相材料的反应过程进行跟踪。

该工作的第一作者是我所502组博士研究生桑佳琪。