近日，中國科學技術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，為揭示催化反應中拓撲表面態(tài)“開關”效應提供了確鑿的實驗證據(jù)。相關成果日前發(fā)表于《美國化學會志》。

在多相催化中，反應物吸附、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中表面電子態(tài)效應的理想平臺。

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，設計兩組對照實驗探究電催化反應中的拓撲表面態(tài)“開關”效應：通過減小硒化鉍厚度，在不改變催化劑表面結構的情況下，借助量子限域效應消除其拓撲表面態(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與軌道效應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”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性能構效關系提供了直接實驗證據(jù)，開辟出拓撲量子催化新方向。