近期，贾瑜教授课题组在范霍夫奇点催化领域取得新的进展，相关成果以“Surface Van Hove Singularity Enabled Efficient Catalysis in Low-Dimensional Systems: CO Oxidation and Hydrogen Evolution Reactions”为题，在国际学术期刊《Journal of Physical Chemistry Letters》上发表。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.1c03861。

范霍夫奇点 (Van Hove singularity，VHS) ，指在晶体态密度中出现的一类奇点，其态密度呈对数发散，具有高度局域化的电子特征，这导致了VHS附近的电子往往不稳定，引起超导、铁磁和电荷密度波等新奇物理现象的出现，近年来，VHS物理成为凝聚态物理和材料科学的研究前沿。倘若VHS能够存在于低维系统中，例如表面或二维材料并被调节到费米能级E_F附近以表面态形式出现，我们可以将其命名为表面范霍夫奇点 (SVHS)，与远离E_F且对外部扰动不敏感的VHS形成鲜明对比的是，SVHS可以提供丰富的表面物理和化学特性。

目前在多种表面或二维材料系统中获得了SVHS。如在SiC衬底上生长的单层石墨烯，通过碱金属插层，可以将低能部分的VHS调节到E_F附近，SVHS附近的电子能够诱导出电声子耦合的超导；将石墨烯放到电子化合物Ca₂N表面，同样可以获得SHVS。此外，拓扑材料产生的表面态也可以引入SVHS，体相非平庸拓扑的节点线能够产生鼓膜状的表面态，由于受到体相对称性的保护具有很强的鲁棒性，典型的例子是Pt₂HgSe₃（001）面的拓扑表面态产生了双SVHS。

图1 范霍夫奇点催化反应机理示意图

SVHS存在高度局部化的电子态，这将有利于SVHS与反应分子之间电荷的交换，自然将会带来高效的催化性能。在本工作中，我们研究选择了graphene/Ca₂N异质结和Pt₂HgSe₃ (001) 表面作为模型，研究了CO氧化和析氢反应。理论计算结果发现这两个系统中的SVHS在实空间分布具有很强的局域性，当O₂分子靠近两个表面系统，SVHS会将附近的电子转移给靠近的O₂分子，促进其在反应位点的吸附，进一步CO氧化反应的计算，发现分别能垒只有0.37 eV和0.59 eV，非常的低；此外，我们还发现SHVS也同样能促进氢还原反应的发生，获得趋近于零的吸附自由能；这两个典型的反应无疑指出了VHS作为表面态能够起到很好的催化效果，可以用来进行高效催化剂的设计。我们在本研究中首次将范霍夫奇点推向了催化应用，提出了范霍夫奇点催化的概念，为设计高效催化剂开辟了新思路。

实验室刘亮亮老师为论文的第一作者，马东伟副教授和贾瑜教授是论文的通信作者，本工作得到了国家自然科学基金和河南省高效创新人才项目的支持。