1、电化学原位拉曼光谱在诸多原位表征方法中，拉曼光谱可以提供样品内部分子组成和结构的信息，被广泛应用于催化剂的表征。拉曼光谱可以很容易地探测低波数区域(＜1000cm-1)的较低能量振动，因此它可以用来观察催化剂和反应物之间的直接相互作用，而且非常适合监测金属─碳键、氧物种等。在电催化反应中，拉曼光谱能够提供真实反应条件下电极表（界）面分子的微观结构和中间产物的信息。此外拉曼光谱对极化率的改变很敏感，这使其特别适用于观测水介质中进行的电化学反应，因此将拉曼光谱与电化学方法结合为研究电化学反应过程和机理提供了有力手段。电化学原位拉曼光谱法的测量装置主要包括拉曼光谱仪和原位电化学拉曼池两个部分。
本机组的LabRAMHREvolution显微共焦拉曼光谱仪配置了从紫外到红外的七种不同波长的激光和开放式显微镜自动平台。为减少反应过程中溶液和气体对仪器的腐蚀，原位电化学拉曼池需配备密封的光学窗口。在实验条件许可下，可以采用薄层溶液，同时选择合适波长的激光（532nm或785nm），以减弱因荧光效应造成的信号干扰，可以得到高质量的拉曼光谱数据。
2、应用实例
实例一：研究表明Cu+有利于C2+产物中间体的形成，从而促进CO2还原生成需要的碳氢化合物。但在阴极电势下Cu+易还原成Cu0。我校高敏锐教授课题组和俞书宏院士团队利用原位电化学拉曼光谱研究了多孔、实心和破碎这三种纳米结构的Cu2O上CO2电还原的反应过程。Cu2O的拉曼特征峰位于223,419,524和624cm-1，而Cu单质几乎没有拉曼信号。原位电化学拉曼测试表明，实心和破碎这两种结构的Cu2O在两分钟内快速还原成Cu0，因此这两种电极上的拉曼信号在电化学反应开始后的两分钟内迅速消失（图1b,1c），与此形成鲜明对比的是多孔Cu2O在反应二十分钟后依然保留了较为明显的Cu2O特征峰。这证明了具有纳米空腔的多孔Cu2O在电催化过程中很好的保留了Cu+物种[J.Am.Chem.Soc.2020,142,6400−6408]。
1.氧化亚铜上CO电化学还原的原位拉曼表征
实例二：研究者使用3、5-二胺-1、2、4-三唑(DAT)作为电沉积抑制剂对Cu、Cu/Ag和Cu/Sn合金膜进行电沉积制备高比表面积Cu基催化剂。原位拉曼光谱表明（图2），A和B峰来源于Cu-CO，在Cu中加入Sn有助于从Cu中心去除氧化物从而减少了电极表面Cu2O的含量(峰①②③)，导致吸附CO的浓度较高，从而有利于CO和C2产物的生成[ACSCatal.2020,10,672−682]。
三种Cu合金电极上电催化CO2还原的拉曼光谱图
实例三：除CO2电催化还原外，电化学水氧化作为水分解过程中的重要部分引起了人们的广泛关注，在能量存储和转换方面有着广阔的应用前景。阳极的析氧反应（OER）是多步、四电子（4e）过程，因此反应的动力学很慢，需要较高的电位来驱动。这不仅阻碍了水分解的能量转换效率，而且成为发展燃料电池及可充电金属空气电池的主要障碍之一。二维层状双氢氧化物（LDHs）作为的OER电催化剂之一，其结构和组成灵活可调，制备方法简单可靠，有望成为高性能大规模工业化应用的OER电催化剂。镍铁基LDH（NiFe-LDH）被认为是高效的OER催化剂之一。电化学原位拉曼光谱表明（图3），在OER过程中，NiFe-LDH表面的Ni(OH)2会逐渐转变为NiOOH。研究者认为OH*物种倾向于在较高电位(即OER电位区域)的Ni位点处吸附。与Fe3+相比，Ni2+离子与OH−的相互作用较弱，Fe3+离子的电子效应可以促进生成更高价态的Ni，从而优先与OH-反应提高OER活性[EnergyEnviron.Sci.2019,12,572.]。
