近日，中國科學技術(shù)大學曾杰教授團隊和王征飛教授團隊合作，提出拓撲量子催化新概念。研究人員通過巧妙設(shè)計，將拓撲量子物態(tài)調(diào)控方案用于催化實驗，為揭示催化反應(yīng)中拓撲表面態(tài)“開關(guān)”效應(yīng)提供了確鑿的實驗證據(jù)。相關(guān)成果日前發(fā)表于《美國化學會志》。

在多相催化中，反應(yīng)物吸附、電子轉(zhuǎn)移、中間體演變等過程對催化劑的表面環(huán)境高度敏感。拓撲材料的拓撲表面態(tài)受對稱性保護，且不受局部擾動的影響，因而拓撲材料是研究催化反應(yīng)中表面電子態(tài)效應(yīng)的理想平臺。

此次工作中，研究人員選擇室溫拓撲材料硒化鉍為研究對象，設(shè)計兩組對照實驗探究電催化反應(yīng)中的拓撲表面態(tài)“開關(guān)”效應(yīng)：通過減小硒化鉍厚度，在不改變催化劑表面結(jié)構(gòu)的情況下，借助量子限域效應(yīng)消除其拓撲表面態(tài)；對具有拓撲表面態(tài)的硒化鉍施加強磁場，利用磁場引起的塞曼效應(yīng)與軌道效應(yīng)打破時間反演對稱性，進而消除拓撲表面態(tài)。

研究人員介紹，研究通過精準“開關(guān)”拓撲表面態(tài)，為凝練硒化鉍拓撲表面態(tài)和二氧化碳電催化還原反應(yīng)性能構(gòu)效關(guān)系提供了直接實驗證據(jù)，開辟出拓撲量子催化新方向。