在电化学CO2还原过程中，推断活性位点中的局部电子和原子结构变化对于阐明内在机理以及开发长期稳定的高活性催化剂至关重要。

2025年2月7日，中国科学技术大学姜政教授、中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源宋飞研究员、马静远副研究员在Journal of the American Chemical Society期刊发表题为《Reversible Angle Distortion-Dependent Electrochemical CO2Reduction on Cobalt Phthalocyanine》的研究论文，梅丙宝、毛佳宁为论文共同第一作者，姜政教授、宋飞研究员、静远副研究员为论文共同通讯作者。

姜政，中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授，北京同步辐射装置用户委员会委员。2000年本科毕业于中国科学技术大学，2005年于中国科学技术大学国家同步辐射实验室获博士学位。2005年-2018年任职于上海应用物理研究所，2007年1月-3月，Australian Synchrotron高级访问学者，2013年10月-12月，Fritz Haber Institute DER MAX PLANCK Gesellschaft；BESSYII HZB高级访问学者。2022年至今任职于中国科学技术大学国家同步辐射实验室。

其主要研究方向包括X射线吸收谱学对能源材料相关研究；X射线吸收谱学光束线站建设和设备研制；同步辐射X射线谱学方法研究。

宋飞，中国科学院上海高等研究院研究员，博士生导师，获得高层次人才计划资助。浙江大学&丹麦Aarhus大学联合培养博士，后在挪威科技大学、荷兰格罗宁根大学开展博士后研究。

其主要研究方向为同步辐射X射线高分辨谱学方法的发展，并在此基础上开展低维材料体系内表界面原子/电子结构的精细表征和物性关联，尤其是新颖纳米结构的构筑以及缺陷调控研究等。

马静远，中国科学院上海高等研究院副研究员，高研院特聘研究骨干，硕士生导师。2007年本科毕业于郑州大学，2013年于中国科学院上海应用物理研究所获工学博士学位。2013年-2018年担任中国科学院上海应用物理研究所, 助研、副研、BL14W1线站用户负责人；2018年-至今任中国科学院上海高等研究院, 副研、BL14W1线站用户负责人。

其研究方向为基于XAFS方法的新功能材料和催化剂构效关系研究、离子液体在辐照/限域/表面诱导条件下的微观变化机制研究。

在本文中，作者利用operando valence-to-core X射线发射光谱和高能量分辨荧光检测X射线吸收近边结构，结合光谱计算，定量阐明了模型钴酞菁（CoPc）的原子和电子结构的演变。

在实际的反应条件下，CoPc在保持金属-配体键长不变的同时发生可逆角度畸变，从而引起分裂的d轨道能级和分子轨道电子密度的变化。角度畸变进一步影响配体、中间体和金属中心之间的内在相互作用。此外，研究人员还测定了键角随CO法拉第效率（FE）的可逆变化，证明了其稳健性。

研究结果对确定CoPc的结构-性能关系做出了重要贡献，有助于进一步合理设计具有高活性的原子分散位点催化剂，并强调了高能分辨率X射线光谱在分析金属植入N掺杂碳催化剂方面的能力。

图1：CO2RR性能

图2：实际CO2RR条件下的VtC-XES测量

图3：密度泛函理论（DFT）计算和轨道能级分析

本研究通过原位VtC-XES和HERFD-XANES技术，揭示了钴酞菁（CoPc）在电化学CO2还原反应中的可逆角度畸变机制。

研究发现，CoPc在反应过程中会发生角度畸变，而金属-配体键长保持不变，这种畸变直接影响了d轨道能级和分子轨道电子密度的变化，进而调节了催化剂的反应性能。

通过理论计算，进一步证实了角度畸变与反应活性之间的关系，并提出了优化催化剂设计的新思路。本研究不仅为理解单原子催化剂的反应机制提供了新的视角，还为设计高性能电催化剂提供了理论依据。

Bingbao MeiJianing MaoZhaofeng Liang. et al. Reversible Angle Distortion-Dependent Electrochemical CO2Reduction on Cobalt Phthalocyanine.J. Am. Chem. Soc.2025, https://doi.org/10.1021/jacs.4c14409.