電催化氧還原和析氧反應（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的關鍵反應之一。同時，加快氧還原（ORR）和氧析出（OER）反應，實現高穩定的雙功能氧催化是實現可持續能量轉化與存儲的關鍵。目前，常用的方法是將具有ORR和OER催化活性的材料進行混合制備雙功能催化劑，但這種類型催化劑均一性較差，且難以對電子結構進行合理優化，導致活性和穩定性依舊欠缺。
3月31日，中國科學院深圳先進技術研究院碳中和技術研究所唐永炳、鄭勇平團隊研發出雙功能碳基高效催化材料。相關研究成果以High-entropy single-atom activated carbon catalysts for sustainable oxygen electrocatalysis為題，發表在《自然-可持續性》（Nature Sustainability）上。該研究發現碳材料局部對稱性與其活性呈現強相關性，即局部結構對稱性越低，其催化活性則會增強。研究通過引入高熵催化劑使碳材料局部對稱性最小化，降低離域電子芳香性，從而激活碳骨架原本惰性的π-電子網絡，增強了催化劑位點之間的協同作用，使中間態產物與催化位點的作用強弱適中，ORR/OER可逆過程更易發生。
該工作同時從理論與實驗上剖析了對稱性最小化在電催化活性提升方面的作用，將有助于開發高效、低成本的催化材料以滿足特定的應用需求。該成果有望在燃料（金屬）電池、二氧化碳還原、氮還原等清潔能源領域為催化材料的合理設計提供理論指導。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、深圳市科技計劃與中國博士后科學基金等的支持。中國科學技術大學參與研究。
此外，唐永炳、鄭勇平團隊從理論計算與材料設計出發，結合實驗研究，近期在能量轉換材料設計方向取得了連續成果（Adv. Mater. 2023, 2300381；Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301711；Adv. Mater. 2022, 2202714）。
對稱性與催化活性關系圖
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