近日，红外自由电子激光原子力显微红外光谱实验站（AFM-IRFEL）团队应邀于《ChemistryEurope》发表题为“Infrared Nanospectroscopy for Catalysis and Electrochemistry: From Table-Top Lasers to Synchrotron Radiation and Free Electron Lasers”的Concept论文，系统总结了纳米红外光谱技术在催化与电化学领域中的最新研究进展，并重点阐述了红外自由电子激光（IRFEL）在推动纳米红外光谱发展中的独特作用。中国科学技术大学国家同步辐射实验室博士研究生马梦悦为论文第一作者，薛佳伟高级工程师为论文通讯作者。
催化反应与电化学过程在能源转化体系中发挥着核心作用，而其活性本质往往由纳米尺度上的局域结构、缺陷位点和界面微环境所决定。传统红外光谱虽然能够通过分子振动信息识别反应中间体和表面物种，但受限于光学衍射极限，其空间分辨率通常只能达到微米尺度，难以直接解析真实催化体系中纳米尺度活性位点和电化学界面结构。为突破这一限制，研究者们通过将原子力显微镜（AFM）与红外光谱相结合，发展了纳米红外光谱技术，实现了纳米空间结构与化学信息的同时获取（图1）。
图1.纳米红外光谱技术示意图
文章指出，光源的发展是推动纳米红外光谱进步的关键驱动力。从桌面激光器到同步辐射，再到自由电子激光，红外光源不断向更高亮度、更宽光谱覆盖和更高时间分辨方向发展。相比传统热光源和常规桌面激光器，IRFEL不仅能够覆盖整个中红外至远红外波段，还具备高峰值功率、可调谐及超短脉冲结构等显著优势，特别适合低波数区域探测及超快动力学研究。论文强调，IRFEL的超短脉冲结构是未来实现纳米尺度超快泵浦-探测测量的重要技术基础。基于此，我们有望实现从“静态分子结构表征”向“实时动态反应成像”的跨越，从而揭示催化与电化学过程中界面反应的本质机制。
近年来，AFM-IRFEL实验站针对能源化学研究中的精准表征问题，发展了系列纳米红外光谱实验技术并对用户开放，包括低波数纳米光谱探测技术、钙钛矿材料缺陷成像技术、催化活性物种成像技术等，不断提升对前沿科学研究以及国家重大需求的支撑能力（J. Phys. Chem. C 2025, 129, 14993−15002、Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202308140、J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 29084-29093）。
原文链接：https://doi.org/10.1002/ceur.202500450
