電催化是提高能源利用效率的最有效技術之一。電催化反應發生在電極-電解質界面上，通常伴隨著氣體、液體分子和離子的傳質過程。然而，由于實驗上精準表征反應面的方法尚待開發，如何研究電催化過程中催化劑的真實表面狀態（如：覆蓋度等）一直是一大難題。對于近些年來在電催化領域內研究火熱的雙原子催化劑（dual-atom catalyst, DAC）來說，之前一些理論計算忽略了其表面真實狀態的研究，這可能與真實的實驗情況存在偏差，從而影響計算結論。在對過去雙原子電催化文獻進行統計發現（圖1），雙原子在電化學下的表面態是一個被忽視的環節。

圖1. 過去6年的雙原子催化劑相關研究統計

基于此，華北電力大學（保定）楊維結、高正陽教授課題組和日本東北大學李昊教授（通訊作者）等人以實驗和理論上廣泛應用的Fe-Ni-N_x-C雙原子體系為例，通過計算其surface Pourbaix diagrams，發現在電化學溶液環境中，雙原子催化劑的橋位以及金屬活性位點會不同程度地被來自水活化的H、O和HO毒化，并且不同金屬配位環境、pH和電壓也會對其表面狀態產生影響，從而影響催化反應的活性（圖2-4）。鑒于此，上述學者提出了一個重要觀點：在研究雙原子催化劑電催化活性之前，先分析其在電催化條件下的真實表面狀態是必不可少的（圖5）。

圖2. pH=0時表面吸附構型及surface Pourbaix diagrams

圖3. 考慮pH和電壓的surface Pourbaix diagrams

圖4. 不同反應電壓下Fe-Ni-N_x-C體系的表面占據情況

圖5. 一個以表面態分析為出發點的電催化活性研究思路

Yang, W., Jia, Z., Zhou, B. et al. Surface states of dual-atom catalysts should be considered for analysis of electrocatalytic activity. Commun Chem 6, 6 (2023). https://doi.org/10.1038/s42004-022-00810-4