本研究通过开发快速冷冻淬火¹¹⁹Sn穆斯堡尔谱光谱技术，结合多种原位表征手段（如原位拉曼光谱、ATR-SEIRAS、准原位电子显微镜和XPS），系统研究了单铜原子修饰的SnS₂（Cu₁/SnS₂）在电化学CO₂还原反应（CO₂RR）中的动态演化过程。研究揭示了Cu₁/SnS₂在反应条件下逐步转化为Cu₁/SnS和Cu₁/Sn的反应机制，并阐明了这些动态变化对催化性能的影响。

Cu₁/SnS₂在CO₂RR过程中经历还原性转变，依次生成Cu₁/SnS和Cu₁/Sn，其中Cu₁/Sn是催化活性位点。该催化剂在-1.0 V（vs.RHE）下实现了90.9%的甲酸盐法拉第效率，部分电流密度高达158 mA cm^-2，性能显著优于未修饰的SnS₂。理论计算表明，单铜原子掺杂降低了CO₂活化和*OCHO中间体形成的能垒，从而大幅提升催化效率。

图1 Graphical Abstract图文摘要

图2.Cu₁/SnS₂催化剂的结构表征与电化学CO₂还原性能。(a),Cu₁/SnS₂的SEM图像，比例尺：1µm；(b),Cu₁/SnS₂的TEM图像，比例尺：100nm（插图为HAADF-STEM图像）；(c),Cu₁/SnS₂的EDS元素分布图，比例尺：200nm；(d),SnS₂、Cu₁/SnS₂和CuS的XRD衍射图谱；(e),SnS₂和Cu₁/SnS₂的室温¹¹⁹Sn穆斯堡尔谱；(f),SnS₂和Cu₁/SnS₂的Sn 3d XPS谱图；(g),不同产物在2 mol/L KOH电解液中的法拉第效率及(h),SnS₂、Cu₁/SnS₂和CuS在不同阴极电位下的甲酸盐分电流密度；(i),Cu₁/SnS₂在2 mol/L KOH电解液中于-1.0 V（vs RHE）电位下的稳定性测试结果。

图3.理论计算结果。(a),CO₂还原为HCOOH和(b),CO的自由能计算图。(c),Cu₁/Sn位点和Sn位点上OCHO与COOH形成的ΔG计算值。(d),Cu₁/Sn催化剂中CO₂RR转化为HCOOH的反应路径示意图（Cu：蓝色；Sn：灰色；O：红色；C：黑色；H：白色）。

本论文共同第一作者为辽宁师范大学化学化工学院赵健，发表于中国科学院化学大类1区TOP期刊Journal of the American Chemical Society，影响因子为14.5。该期刊专注基础研究论文。作为化学科学领域的权威期刊之一，Journal of the American Chemical Society具有重要的国际影响力。

论文信息：Visualizing Catalytic Dynamics of Single-Cu-Atom-Modified SnS₂in CO₂Electroreduction via Rapid Freeze-Quench Mössbauer Spectroscopy

Ruru Chen, Jian Zhao, Xiong Zhang, Qiao Zhao, Yifan Li, Yi Cui, Miao Zhong, Junhu Wang,

Xuning Li, Yanqiang Huang, Bin Liu*

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c05813

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05813