中国学者提出非对称电催化剂设计新范式

叶片错落生长的排布规律、贝壳精妙的螺旋构造、酶蛋白活性中心的原子级配位......这些自然界的进化密码，正为人类能源革命提供全新范式。

4月25日，安徽理工大学教授张雷团队在《化学学会评论》发表重要综述，系统构建“非对称电催化剂”理论框架，成功破解催化材料“高活性、长寿命、低成本”不可兼得的世界性难题。该研究为氢能制备、锌空气电池等清洁能源技术提供了革命性解决方案，被国际同行誉为“打开了新能源材料的智能设计之门”。

作为能源革命的“心脏技术”，电催化剂的性能直接决定着水电解制氢、金属空气电池等系统的效能边界。然而，贵金属催化剂虽性能优异，但其高昂成本严重制约规模化应用；铁、钴、镍等廉价过渡金属虽成本优势显著，却存在稳定性差的致命缺陷。“就像要求汽车引擎同时具备超低油耗和强劲动力，现有材料体系存在根本性矛盾。”张雷用生动比喻揭示了领域的困境。

张雷研究团队从自然界亿万年进化中找到了破局之道。植物叶片通过错落排列将光能捕获效率提升40%，贝壳以非对称螺旋构造平衡强度与浮力，生物酶活性中心依赖金属与蛋白质的巧妙配位实现高效催化……这些现象启发了“非对称电催化剂”的设计思路。

张雷团队创新性总结出“非对称电催化剂”设计范式。该理论突破性地将非对称调控引入电催化领域，通过原子尺度上精准操控材料的组分不对称、尺寸不对称、配位不对称，以及多重不对称，成功实现廉价金属的“性能跃迁”。

“自然界的非对称设计往往蕴含着最优解。”张雷强调，团队在论文中系统阐释了非对称调控提升电催化性能的微观机制：组分不对称可以优化电荷分布，尺寸不对称有助于加速物质传递与活性位点稳定，配位不对称优化反应中间体吸附强度，多重不对称使电催化反应效率倍增。这些发现不仅阐明了非对称催化剂在金属-空气电池、水分解等关键反应中的作用规律，更为设计新一代高效储能材料提供了理论基石。

相关论文信息：https://doi.org/10.1039/D4CS00710G