小分子（CO₂、N₂、H₂O）电还原成高附加值的化学品是捕获和利用自然界中小分子的有效方法，但该过程涉及到复杂的质子耦合电子转移。近日，实验室杨发课题组在国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition（德国应用化学）、Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（美国科学院院刊）、Energy & Environmental Science（能源与环境科学）相继发表了关于原位振动光谱探究小分子电还原过程的系列研究论文。

在最近的工作中，杨发课题组利用Cu₂O衍生的双相催化剂实现了CO₂到乙醇的高效转化。原位振动光谱表明，这些由晶界稳定的Cu⁺和Cu⁰双相位点在工作电位窗口内非常稳定，维持了高浓度的共吸附*CO和羟基（*OH）物种，不仅有助于*CO双聚形成*OCCO，同时促进关键*CHCOH中间体氢化成*CHCHOH（乙醇途径），并抑制其脱水成*CCH（乙烯途径），这被认为是决定乙醇选择性转换的关键因素。该工作于近日发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（https://doi.org/10.1002/anie.202407748），浙江师范大学为第一单位。

此外，杨发课题组利用原位振动光谱结合同步辐射首次揭示了电势驱动单原子Fe位点在N₂电还原制NH₃过程中的两步原位重构：经历了从Fe_SAO₄(OH)_1a到Fe_SAO₄(OH)_1a'(OH)_1b（OCP，–OH吸附）到Fe_SAO₃(OH)_1a''（施加电势，Fe-O键断裂和–OH解离）的转变过程；而在电势停止后，Fe_SAO₃(OH)_1a''的活性位点又自发恢复到Fe_SAO₄(OH)_1a'(OH)_1b的OCP结构，该工作已在线发表在Proc. Natl. Acad. Sci. USA.上（https://doi.org/10.1073/pnas.2301011120）。

作为延续工作，杨发课题组基于原位振动光谱结合同步辐射X射线吸收光谱确定了2H-MoS₂的瞬态相变行为，使得2H-MoS₂的部分基面表现出较高的电解H₂O制H₂（HER）活性。在HER反应过程中，MoS₂可以经历从惰性2H相到高活性1T′相的瞬态相变，在反应结束后恢复到2H相。该工作已在线发表在Energy Environ. Sci.上（https://doi.org/10.1039/D3EE01409F）。

      上述系列工作得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、双龙学者启动基金、浙江师范大学重点培育项目、先进催化材料教育部重点实验室开放基金的经费支持。