活性氧（ROSs, Reactive Oxygen Species）在非均相催化氧化等反应过程中具有重要的研究价值。其中，催化剂表面的化学吸附氧（O₂）和表面晶格氧（O^2-）是最为关键的活性氧物种。单原子催化剂是一种调控金属位点电子性质的有效策略，可以极大地调节催化剂的氧活化能力。

一方面，具有丰富电子的孤立金属可以作为O₂化学吸附位点，促进O₂分子的活化。另一方面，原子级分散的金属与还原性载体之间的相互作用可引发晶格畸变，相邻表面晶格氧O^2-和活性金属原子之间的杂化作用可有效提高表面晶格氧O^2-的反应活性。然而，单原子催化剂能否同时活化分子氧和表面晶格氧并未得到证实。分子氧和表面晶格氧的双重活化机制，及其在催化氧化反应过程中的作用机制也并未阐明。

近日，华中师范大学的郭彦炳教授报道了一种通过合理设计Cu₁/TiO₂单原子催化剂(SAC)来构建丰富的氧活化位点的策略。结合原位实验和DFT计算，证实了在TiO₂载体表面原子级分散的Cu位点可同时活化分子氧和表面晶格氧；并深入揭示了活性化学吸附氧和表面晶格氧分别在不同反应温度下（80 °C vs. 200 °C）的CO催化氧化反应机制。

原子级分散的Cu与TiO₂载体形成的Cu₁-O-Ti杂化结构中的电荷转移产生了丰富的Cu(I)和2配位的Olat位点，富电子的Cu(I)位点促进了O₂分子的化学吸附和活化。同时，Cu₁-O-Ti杂化结构诱导TiO₂晶格畸变，降低了氧空位形成能，活化Cu(I)邻近的表面晶格O^2-，从而实现了分子氧和表面晶格氧的双重活化。

DFT理论计算和近常压原位XPS分析表明，在原子级分散的Cu(I)位点双重活化的分子氧和表面晶格氧均可有效促进CO催化氧化反应；最后，DFT理论模拟计算表明，在较低温度下(80 °C)，化学吸附氧可通过Eley-Rideal机制促进CO催化氧化；随着反应温度的升高(200 °C)，CO氧化反应转变为以表面晶格氧为主要活性氧物种的Mars-van Krevelen机制。

这项工作通过合理设计单原子催化剂揭示了分子氧和表面晶格氧的双重活化机制，为构建丰富的活性氧物种提供了一种新策略。