说明：费米能级是描述电子填充状态的核心参数，其与导带、价带的相对位置决定材料电学性质与催化活性。本征半导体中费米能级位于禁带中心，型向导带底靠近，型向价带顶移动。
DFT费米能级（）与导带、价带的相对位置关系是理解半导体电学性质与催化活性的基础，这一DOI：digitalcommons.usf.edu/etd/2893
50%的能量点，其位置直接反映了电子在能带中的填充程度。
价带是几乎被电子填满的能带，价带中的空穴可参与导电，价带顶为价带中能量最高的位置；禁带则是导带底与价费米能级的位置是区分半导体类型的E_g=，E_F约在0.56 eV处。
p型半导体中，受主杂质会在价带中产生空穴，使空穴浓度主导导电，费米能级向价带顶移动，如p型GaN中，费米能级靠近价带顶，空穴浓度约10¹⁷ cm⁻³。
这种n型半导体在电催化领域，择性。
的位置决定了电子从催化剂表面向反应物分子转移的驱动力——当催化剂的费米能级高于反应物的最低未占分子轨道（LUMO）时，电子可自发从催化剂转移至反应物，降低反应活化能。
研究证实，Ag纳米颗粒的费米能级上移0.3 eV后，其与电子受体分子的电荷转移速率提升3倍，这源于上移的费米能级增强了电子的化学势，使电子更易注入反应物的LUMO。
界面能级对齐是多相催化中的关键调控点，电解质半导体界面的费米能级钉扎效应会影响能带弯曲程度，进而改变活性位点的电子可及性。当半导体表面存在高密度缺陷态时，费米能级会被钉扎在缺陷态能级，导致能带弯曲程度固定，限制光生载流子的分离效率。
掺杂工程如CoFe₀.₀₅P/CC催化剂中，Fe掺杂向CoP提供电子，使费米能级向导带靠近0.2 eV，d带中心上移增强了与*H的轨道杂化，*H吸附能从-0.2 eV优化至-0.08 eV，HER过电位降低40 mV。
DOI：10.3390/s90907445
密度泛函理论（）是量化费米能级与导带、价带关系的核心工具，其通过能带结构计算、态密度分析及描述符开发，为理解能级调控机制与催化性能关联提供了原子级视角，近三年的研究更聚焦于多尺度关联与高效预测方法的开发。
重点关注三个方向：能带边缘位置调控、态密度分析与表面修饰效应能带边缘相对于标准氢电极（）的能量决定了催化剂的氧化还原能力——导带边缘高于反应物的还原电位时，具备还原能力；价带边缘低于反应物的氧化电位时，具备氧化能力。
例如，WO₃的导带边缘约为+0.5 V vs. SHE，高于H₂O/O₂的氧化电位，适合水氧化反应；TiO₂的导带边缘约为-0.3 V，低于H⁺/H₂的还原电位，适合水还原。
DOSDOS峰值是单一金属氮化物的2倍，电荷转移电阻降低50%，光催化效率显著提升。
Cl⁻、Br⁻）在Ag表面的吸附会形成指向真空的偶DOI：10.3390/catal13030579
计算的核计算、费米能级定位与描述符开发：能带结构计算采用M=-0.5 eV vs. SHE，适合CO₂还原。
描述符开发中，理论将过渡金属d带中心相对于费米能级的位置与吸附能关联，d带中心上移增强吸附，下移则减弱，如Pt₃Ni合金的d带中心比纯Pt低0.2 eV，吸附能减弱0.15 eV，ORR活性提升。
近三年研究趋势体现在高熵材料（）、原位表征结合DFT及机器学习加速筛选HEAs素的协同作用使费米能级附近态分布复杂，可同时优化多种中间体吸附能，如CoCrFeNiMn的DOS在E_F附近呈现宽峰，兼顾OER中与*OOH的吸附平衡。
DOI：10.1080/21663831.2023.2224397
界面费米能级调控
以等离子体纳米颗粒为研究对象，系统揭示了金属–分子界面费米能级调控对催化活性的影响机制，为优化电荷转移效率提供了明确的设计范式。
该研究的科学问题聚焦于等离子体催化剂的活性起源——已知AgNPs的催化性能强烈依赖金属–分子界面的电荷转移效率，但费米能级（E_F）在其中的调控机制尚未明确，尤其是表面吸附物种如何通过E_F调整影响电子注入效率。
DFTAgNPs的表面电子态，紫外光电子能谱表征显示，Cl⁻/Br⁻吸附使AgNPs的费米能级上移0.3 eV，功函数从4.3 eV降至4.0 eV，表明表面偶极矩发生改变；计算构建了Ag (111)-卤素界面模型，通过优化吸附构型，计算发现吸附后功函数变化（ΔΦ）与实验一致，证实卤素诱导的界面偶极矩是密度分析进一步揭示，卤素的p轨道与Ag的5d轨道杂化，使价带顶向高能级移动0.2 eV，导致费米能级相对上移，这种能级调整增强了Ag的电子给体能力。
4-表面吸附剂可通过调控费米能级位置优化等离子体催化剂的电子注入效率，这种“吸附剂-E_F-电荷转移”的关联模型，为设计高效金属–分子界面提供了新策略—DOI：10.1021/acs.nanolett.1c02003
费米能级作为连接材料本征属性与外部催化性能的核心桥梁，其与导带、价带的相对位置关系决定了电子输运、电荷转移及中间体吸附等关键过程，因此对其调控需兼顾多尺度设计、动态响应机制与高通量计算，以实现催化性能的精准优化。
动态响应机制的研究是理解实际反应中能级行为的关键，原位表征技术与结合，可捕捉E_F随电位、反应进程的实时演变，而静态计算难以捕捉这种变化，导致活性预测偏差。
–基于种合金的DFT数据训练的模型，能预测E_F与ORR活性的关联，误差，将研发周期从数年缩短至数月。
这些进展将推动费米能级调控从定性描述迈向定量设计，为电催化、光催化等领域的高效材料开发提供坚实的理论支撑，加速能源转化技术的产业化应用。