能源危机和环境污染是目前阻碍人类社会可持续发展的两大关键问题,开发和利用新型清洁能源已成为世界各国共同关注的焦点。染料敏化太阳能电池（DSC）作为一种有效低廉的光电转换设备,近几年得到了极大的关注和发展。贵金属铂（Pt）作为传统的对电极材料具有优良的催化性能,但由于其昂贵的价格及有限的储量,极大地限制了染料敏化太阳能电池的实际应用及大规模发展。因此,寻求催化性能优越、价格低廉、来源广泛的对电极替代材料成为未来染料敏化太阳能电池发展的重要方向。目前,对电极材料的开发策略仍处于"繁琐的合成与尝试"阶段,而能否借助理论计算方法实现"高效的设计与筛选"成为解决这一难题的关键。近日,本课题组借助第一性原理计算及相关热力学分析,首次提出了一种针对对电极材料电催化性能的筛选策略。利用密度泛函理论计算方法,以Pt为模型材料,结合微动力学研究了对电极表面碘三离子还原反应的基本催化机理,并确定了基元反应的决速步骤及影响催化活性的关键参数——碘原子在催化界面的吸附能。随后,通过模拟真实固液（乙腈）界面环境,建立了吸附能与催化活性的关联关系,并最终首次构建了能够高效预测对电极材料催化活性的筛选方法。更为重要的是,在理论预测的基础上,我们成功开发了具有特定表面结构及高催化活性的三氧化二铁催化剂,其电池性能与贵金属铂达到了相同水平[1]。此外,基于理论计算预测结果,我们在其他的无机半导体材料（如:RuO₂、SnS_x、WO₃）方面也取得了较好的实验结果[2,3]。这一系列的研究结果不仅为今后其它新型太阳能电池替代材料的开发提供了重要途径,同时有利于对电极材料催化机理的进一步探索,也为新型太阳能电池未来的大规模工业化发展提供了重要的理论依据及应用基础。