電催化氧還原和析氧反應(yīng)（ORR/OER）是水分解，燃料電池，金屬空氣電池，二氧化碳還原等一系列清潔能源技術(shù)的關(guān)鍵反應(yīng)之一。同時(shí)加快氧還原（ORR）和氧析出（OER）反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定的雙功能氧催化是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能量轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)的關(guān)鍵。目前最常用的方法是將具有ORR和OER催化活性的材料進(jìn)行混合制備雙功能催化劑，但是這種類型催化劑均一性較差，且難以對(duì)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，導(dǎo)致活性和穩(wěn)定性依舊欠缺。
北京時(shí)間3月31日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和所唐永炳、鄭勇平團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種雙功能碳基高效催化材料，在《自然·可持續(xù)性》Nature Sustainability上發(fā)表了題為“High-entropy single-atom activated carbon catalysts for sustainable oxygen electrocatalysis”的研究成果。該研究發(fā)現(xiàn)碳材料局部對(duì)稱性與其活性呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)性，即局部結(jié)構(gòu)對(duì)稱性越低，其催化活性則會(huì)增強(qiáng)。通過引入高熵催化劑使碳材料局部對(duì)稱性最小化，降低離域電子芳香性，從而激活碳骨架原本惰性的π-電子網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了催化劑位點(diǎn)之間的協(xié)同作用，使中間態(tài)產(chǎn)物與催化位點(diǎn)的作用強(qiáng)弱適中，ORR/OER可逆過程更容易發(fā)生。
文章上線截圖
該研究工作同時(shí)從理論與實(shí)驗(yàn)上深入剖析了對(duì)稱性最小化在電催化活性提升方面的作用，將有助于開發(fā)高效、低成本的催化材料以滿足特定的應(yīng)用需求。有望在燃料（金屬）電池，二氧化碳還原，氮還原等清潔能源領(lǐng)域，為催化材料的合理設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。
此外，唐永炳、鄭勇平研究團(tuán)隊(duì)從理論計(jì)算與材料設(shè)計(jì)出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，近期在能量轉(zhuǎn)換材料設(shè)計(jì)方向取得了連續(xù)成果（Adv. Mater. 2023, 2300381; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301711; Adv. Mater. 2022, 2202714）。
對(duì)稱性與催化活性關(guān)系圖
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