第一作者：徐艺凝
通讯作者：刘鹏飞，姜政，杨化桂
通讯单位：华东理工大学
论文DOI：10.1002/anie.202404213
1) 详细介绍了原位同步辐射在CO(2)电解中的跨尺度表征应用。基于不同波长同步辐射光源的特点，比较和总结了相应表征技术的优势、局限性和互补性，为读者提供了清晰的指导和借鉴，帮助选择适合的原位/工况同步辐射表征技术，以便解析涉及复杂气-液-固界面的催化剂和反应器件。
2) 创新性地总结并介绍了同步辐射在CO(2)RR中从原子尺度到介观尺度的跨尺度应用，涵盖从电子结构、原子排布、分子构型、晶体结构到器件应用等不同角度的动态演化过程，提供了关于CO(2)RR复杂动态过程的全面分析。
本综述首先介绍了同步辐射光源应用于CO(2)RR领域的发展历程及重要研究成果。目前，电子存储环被广泛用于提供红外、可见光、真空紫外、软X射线、中能X射线和硬X射线的宽光谱范围内连续可调的光子能量。自2009年以来，X射线自由电子激光器(XFELs)的投入使用，以其显著增强的亮度和超短X射线脉冲特性，极大地提高了同步辐射技术的探测能力。2014年，高能量分辨荧光探测X射线吸收光谱(HERFD-XAS)技术，在分析铜单层模型电催化剂的电子和几何结构中展现出了卓越的能量分辨率。2016年，研究人员利用原位X射线吸收光谱（XAS）揭示了Cu+在CO2转化中的关键作用，为材料设计提供了指导。2020年，针对材料动态转变和采样时间尺度不匹配的问题，基于快速扫描单色仪的快扫XAS技术进一步减少了单个光谱的检测时间。近年来，布拉格相干衍射成像技术（BCDI）被用于监测CO(2)RR过程中的纳米颗粒的形态转变。随着CO(2)RR工业化的发展，膜电极的应用日益广泛。广角X射线散射(WAXS)技术探索了MEA中电极的演化过程以及器件内电子、离子的传输过程，为后续反应器的设计奠定了基础。原位同步辐射技术的不断更新和发展提供了一种系统的方法，帮助研究人员全面了解从催化剂结构到反应器件内部环境的动态变化。（图1）
同步辐射加速器产生的X射线实验方法，涵盖了吸收、衍射、散射、光电子以及荧光分析等方法，为深入研究电子结构、局域配位环境、晶体结构、表面化学组成、电极结构、反应器内部离子迁移等提供了有力支持。此外，同步辐射光源产生的红外光也可用于CO(2)RR过程中的关键中间体检测。本综述全面阐述了诸如X射线吸收谱、高能量分辨技术、近常压X射线光电子能谱、X射线衍射/散射谱、同步辐射红外光谱等多种表征方法，这些技术能够在实际工况条件下实现对CO(2)RR过程的跨尺度动态检测和分析。（图2）
在总结和展望部分，本综述进一步讨论了同步辐射表征在CO(2)电解应用中面临的挑战，就如何利用第四代先进光源来解码从材料到器件的动态演变过程做出了展望：包括提升同步辐射表征技术在表面分析方面的灵敏度；改善光谱能量分辨率和时空分辨率；设计适用于原位表征的器件并发展针对器件尺度的表征技术；开发多种表征技术同步联合应用平台。得益于第四代同步辐射装置的蓬勃发展，先进的光源将极大地丰富同步加速器的应用，为CO(2)RR及其他重要的催化反应开辟了新的视野。
Yi Ning Xu, Bingbao Mei, Qiucheng Xu, Huai Qin Fu, Xin Yu Zhang, Peng Fei Liu*, Zheng Jiang*, and Hua Gui Yang*, In situ/Operando Synchrotron Analytical Techniques for CO2/CO Reduction Reaction: From Atomic Scales to Mesoscales, Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202404213.
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