汪思聪, 庞贝贝, 刘潇康, 丁韬, 姚涛

高等学校化学学报 2022, 43 (9): 20220487-. DOI:10.7503/cjcu20220487

摘要（1986）

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X射线吸收精细谱学(XAFS)技术是从20世纪80年代开始逐渐发展起来的一种材料表征技术, 具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感的特征, 非常适合表征单原子催化剂. 本文从XAFS技术的原理和特点出发, 深入探讨了该技术在电催化水分解、燃料电池阴极反应和二氧化碳电化学还原等多个单原子催化应用场景下的独特作用, 并展望了XAFS技术在单原子电催化领域的未来发展与应用前景, 以期为更深入明确的单原子催化剂结构表征和电催化机理描述提供指导.

Fig.12 Illustration of Ni dinuclear site catalyst(Ni DSC)^[20]
（A） Operando XANES spectra recorded at the Ni K-edge of Ni DSC at different applied potentials；（B） operando EXAFS spectra recorded at the Ni K-edge of Ni DSC at different applied potentials and their least-squares curve-fitting analysis；（C） comparison between the Ni K-edge XANES experimental spectra（solid lines） and the theoretical spectra（dashed lines） calculated with the depicted structures （insert）.
Copyright 2021， American Chemical Society.

Ding等［20］以设计的Ni₂（dppm）₂Cl₃团簇为金属前驱体，以ZIF-8衍生的氮掺杂多孔碳为载体，实现了结构明确的碳基Ni₂双原子位点催化剂的精确构筑（图12）. 他们发现该“双原子”催化剂在CO₂电化学还原反应中表现出优异的活性和选择性（碱性条件下稳定工作电流密度150 mA/ cm2， CO法拉第效率高达97.1%）. 他们将近边计算［图12（C）］与EXAFS拟合［图12（B）］结合，解决了单纯的EXAFS拟合无法区分N与O配位的问题，清晰地揭示了Ni₂位点在电催化CO₂还原反应中原子和电子结构的动态演变. 研究结果表明，初始的Ni₂-N₆结构吸附电催化环境中的含氧官能团，从而形成O-Ni₂-N₆结构，同时在反应过程中伴随着Ni原子间距缩短和相互作用增强. DFT理论计算表明，经过动态演变形成的关键O-Ni₂-N₆结构会显著降低CO₂分子活化的能垒，使该催化剂表现出优异的性能.