近日，中国科学技术大学曾杰教授团队和王征飞教授团队合作，提出拓扑量子催化新概念。研究人员通过巧妙设计，将拓扑量子物态调控方案用于催化实验，为揭示催化反应中拓扑表面态“开关”效应提供了确凿的实验证据。相关成果日前发表于《美国化学会志》。

在多相催化中，反应物吸附、电子转移、中间体演变等过程对催化剂的表面环境高度敏感。拓扑材料的拓扑表面态受对称性保护，且不受局部扰动的影响，因而拓扑材料是研究催化反应中表面电子态效应的理想平台。

此次工作中，研究人员选择室温拓扑材料硒化铋为研究对象，设计两组对照实验探究电催化反应中的拓扑表面态“开关”效应：通过减小硒化铋厚度，在不改变催化剂表面结构的情况下，借助量子限域效应消除其拓扑表面态；对具有拓扑表面态的硒化铋施加强磁场，利用磁场引起的塞曼效应与轨道效应打破时间反演对称性，进而消除拓扑表面态。

研究人员介绍，研究通过精准“开关”拓扑表面态，为凝练硒化铋拓扑表面态和二氧化碳电催化还原反应性能构效关系提供了直接实验证据，开辟出拓扑量子催化新方向。

（原载于《光明日报》 2024-03-05 12版）