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，將拓撲量子物態調控方案用于催化實驗，為揭示催化反應中拓撲表面態“開關”效應提供了確鑿的實驗證據。相關成果日前發表于《美國化學會志》。

在多相催化中，反應物吸附、電子轉移、中間體演變等過程對催化劑的表面環境高度敏感。拓撲材料的拓撲表面態受對稱性保護，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“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；對具有拓撲表面態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。

研究人員介紹，研究通過精準“開關”拓撲表面態，為凝練硒化鉍拓撲表面態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，開辟出拓撲量子催化新方向。