清华大学化学系肖海课题组发现了在氮掺杂石墨烯（N₄/C）负载的3d过渡金属单原子催化剂（SAC）上，氢原子的吸附能呈现出违反d能带理论的火山型曲线，由此揭示了吸附能中轨道（ΔE_orbit）和静电（ΔE_elstart）相互作用的竞争，并提出了活性位点的本征偶极矩可作为吸附趋势的定量描述符。这一工作为理解过渡金属SAC上的吸附以及相应的催化活性提供了新的认识。

单原子催化剂（SAC）具有高活性、高选择性和高稳定性的优异潜力，且其活性中心结构明确、可控，是可能实现精准多相催化的催化剂设计概念之一。构效关系的建立是开展催化剂理性设计的基础，d能带理论则被广泛应用于建立过渡金属（TM）催化剂的构效关系；但在TM SAC中，TM活性中心的s和d轨道均相对定域，且d轨道能级可能因为与载体的相互作用有显著的裂分，与吸附质的相互作用需考虑对称性匹配，这使得d能带理论可能不再适用。因此，理解TM SAC上的吸附并建立新的认识或理论，对于其理性设计具有重要的意义。

最近，清华大学化学系肖海课题组研究了一系列MN₄/C负载的3d TM SAC上H原子的吸附，发现其吸附能呈现出违反d能带理论的火山型曲线。通过能量分解分析（pEDA），揭示了TM SAC和吸附H之间的相互作用中存在ΔE_orbit和ΔE_elstart的竞争，因此导致了吸附能的火山型曲线。其中，ΔE_orbit的变化趋势由TM的4s轨道主导，而4s轨道的变化又由与载体的相互作用决定；ΔE_elstart的变化趋势由TM中心与载体之间的电荷转移强度来决定，而这主要取决于TM的3d_xy轨道与载体的成键强度。进一步的研究发现，这一类型的TM SAC活性位点的本征偶极矩可以定量表征ΔE_orbit和ΔE_elstart，由此可作为其吸附趋势的定量描述符，并成功应用于解释该类型4d和5d TM SAC上的H原子吸附能的趋势。这一工作为理解TM SAC上的吸附以及相应的催化活性提供了新的认识。