说明：与传统红外光谱相比，原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）在灵敏度、表面选择性、原位检测能力等方面具有显著优势，尤其适合研究界面反应和表面吸附物种。
在电化学反应和催化剂性能的研究中，ATR-SEIRAS表征已经成为了证实这些反应机制必不可少的手段，本文就结合最新顶刊对该技术的原理以及作用进行详细解读。
https://doi.org/10.1021/jacs.5c04483
原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）是一种结合了衰减全反射（ATR）技术和表面增强红外吸收光谱（SEIRAS）的原位光谱技术。
它通过在高折射率晶体（如Zn、Se、Si、Ge）表面镀上一层金属膜（如金、银），并在金属膜上沉积催化剂或反应物，利用红外光的全反射特性来增强表面吸附分子的红外信号。
这种技术能够在反应过程中实时监测电极/溶液界面的化学变化，捕捉反应中间体的形成和转化。
https://doi.org/10.1002/adma.202504476
ATR-SEIRAS因其独特的优势受到越来越多的关注，尤其是在电化学反应机制研究和催化剂性能评估方面。该技术主要有以下几个作用：
1、实时监测反应过程，ATR-SEIRAS能够在反应进行时实时记录光谱变化，捕捉反应物的消耗、中间体的形成和产物的生成过程。
2、识别反应中间体，通过监测特定波数的振动峰，可以识别反应过程中形成的中间体。
3、研究反应机制，ATR-SEIRAS可以揭示反应物如何逐步转化为产物，这对于优化反应条件和设计新的催化剂具有重要意义。
4、分析反应动力学，通过记录反应过程中光谱峰的强度变化，可以计算反应速率常数、活化能等动力学参数。
5、研究催化剂的作用机制，在催化反应中，ATR-SEIRAS可以用来研究催化剂表面的吸附物种、活性位点的变化以及催化剂与反应物之间的相互作用。
6、监测反应条件的影响，ATR-SEIRAS可以在不同的反应条件下（如温度、压力、气氛等）进行测量，有助于了解这些条件对反应过程的影响。
2025年6月11日，江南大学章佳威在国际期刊Journal of the American Chemical Society上发表了关于高选择性电化学合成乙醇的研究论文。
在该论文中，原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS） 是揭示催化剂作用机制和反应路径的核心表征手段，其重要性体现在以下几个关键方面：
1、原位红外佐证协同作用的分子机制；Cu+COPCO+OH表面的C=O振动峰（1661cm-1）在CO2氛围下发生红移至1610cm-1，表明羰基通过电荷极化与CO2形成强相互作用，加速∗CO2−生成。O-H振动峰（3238cm-1）红移至 2967cm-1，证实羟基通过氢键促进水的解离，为∗CO质子化生成∗CHO提供充足∗H。
2、原位红外实时捕捉反应中间体，验证催化机理；在1430cm-1处的特征峰证实了CO2在催化剂表面的活化过程，且信号强度在Cu+COPCO+OH表面显著高于单一官能团催化剂，验证了羰基对CO2的活化作用。
在1285cm-1和1580cm-1处的信号分别对应∗CHO和不对称偶联产物∗COCHO，其中∗COCHO的高强度信号直接证明了Cu+COPCO+OH表面高效的∗CHO−∗CO偶联效率，这是生成乙醇的关键步骤。
3、对比催化剂性能差异，指导界面工程设计；仅含羰基的Cu+COPCO表面∗CO信号更强（1850 cm-1），但∗CHO信号弱，表明羰基虽能活化 CO2生成∗CO，但缺乏质子供给能力；仅含羟基的Cu+COPOH表面∗CHO积累显著，但∗COCHO信号缺失，说明羟基虽促进∗CO质子化，但无法推动后续偶联。
而Cu+COPCO+OH同时展现强∗CO和∗COCHO信号，证实双官能团协同平衡了∗CHO/∗CO通量，避免中间体过度积累或消耗。
4、原位红外验证 DFT 预测的中间体能量关系；理论计算表明∗CHCOH中间体在高∗CHO覆盖下更易稳定（C2−O1键长缩短至1.371Å），而原位红外观测到Cu+COPCO+OH表面∗CHCOH的特征峰强度与FEEtOH正相关，实验与理论相互印证。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05839.
原位 ATR-SEIRAS 在该研究中扮演了 “分子级显微镜” 的角色，不仅实时解析了 CO2电还原至乙醇的动态路径，更通过捕捉官能团-中间体-产物的关联，为 “羰基-羟基协同调控中间体通量” 的创新机制提供了原子级证据。
该技术突破传统红外光谱在界面反应研究中的局限，为揭示能源化学、催化机理等领域的界面作用机制提供了关键工具，目前正通过与电化学、显微技术的联用向更高分辨率与普适性方向发展。