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(shù)的關(guān)鍵反應之一。同時(shí)加快氧還原（ORR）和氧析出（OER）反應，實(shí)現高穩定的雙功能氧催化是實(shí)現可持續能量轉化與存儲的關(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(lèi)型催化劑均一性較差，且難以對電子結構進(jìn)行合理優(yōu)化，導致活性和穩定性依舊欠缺。   

　　北京時(shí)間3月31日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和所唐永炳、鄭勇平團隊成功研發(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)現碳材料局部對稱(chēng)性與其活性呈現強相關(guān)性，即局部結構對稱(chēng)性越低，其催化活性則會(huì )增強。通過(guò)引入高熵催化劑使碳材料局部對稱(chēng)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)的作用強弱適中，ORR/OER可逆過(guò)程更容易發(fā)生。

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　　該研究工作同時(shí)從理論與實(shí)驗上深入剖析了對稱(chēng)性最小化在電催化活性提升方面的作用，將有助于開(kāi)發(fā)高效、低成本的催化材料以滿(mǎn)足特定的應用需求。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計提供理論指導。 該論文的通訊作者為中科院深圳先進(jìn)院唐永炳研究員、鄭勇平副研究員，論文第一作者為中科院深圳先進(jìn)院博士研究生雷新、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士研究生唐青云。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市科技計劃與中國博士后科學(xué)基金等項目的大力支持和幫助。 

　　此外，唐永炳、鄭勇平研究團隊從理論計算與材料設計出發(fā)，結合實(shí)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(chēng)性與催化活性關(guān)系圖

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