重组在热催化中普遍存在，对确定真正的活性中心具有关键作用，但在电催化中的研究较少。同时，虽然M−N−C SAC在电化学转化过程中得到了广泛的研究，但对反应过程中结构演变的研究较少。

近日，中科院大连化物所王爱琴研究员，Wei Liu，Xiaofeng Yang，厦门大学李剑锋教授通过使用operando XAS，提供了强有力的证据，当外加电压从0.00 V改变到−1.00 V时，合成的Cu-N₄结构在硝酸盐的电化学还原过程中经历了连续的转变为Cu-N₃，接近自由的Cu⁰单原子，并最终转变为聚集的Cu⁰纳米粒子。同时，随着Cu⁰纳米粒子的演化，产氨率大大提高。

文章要点

1）这一同步变化表明，反应诱导的Cu⁰纳米颗粒而不是合成的Cu−N₄结构才是真正的活性中心。此外，XAS和HAADF-STEM成像表明，电解后聚集的Cu⁰纳米粒子可以分解为单原子，然后暴露在环境气氛中恢复到Cu−N₄结构。在孤立的Cu−N₄单原子中心和聚集的Cu⁰纳米粒子之间的穿梭，在外加电势的正向驱动和氧化环境的反向驱动下，突显了催化剂的operando表征的重要性。

2）由于活性Cu⁰纳米粒子的电位驱动演变，该催化剂产生的最大氨产率为4.5 mg cm⁻² h⁻¹ (12.5 mol_NH3 g_Cu⁻¹ h⁻¹)，在1.00 V时FE为84.7%，这预示着与等离子体辅助氮氧化结合时氨的绿色合成。

参考文献

Ji Yang, et al, Potential-Driven Restructuring of Cu Single Atoms to Nanoparticles for Boosting the Electrochemical Reduction of Nitrate to Ammonia, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02262

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02262