在同一种材料中实现高效的析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)催化活性的多功能催化剂对再生燃料电池和水分解等领域的应用具有重要意义. Pt作为目前性能最好的HER和ORR催化剂,其OER性能并不突出. Ru和IrO_2虽然OER活性较高,但其HER和OER活性低于Pt催化剂.本文在单原子催化的基础上,提出了一种同时实现高效HER、OER和ORR多功能催化作用的新方案.利用吡嗪化石墨炔(PR-GDY)单层作为衬底,通过吡啶氮和锚定的过渡金属原子的协同效应,实现高效的HER、OER和ORR催化作用.量子力学第一性原理计算表明, Ni掺杂形成的Ni@PR-GDY具有较低的HER、OER和ORR的过电势,分别为-0.05, 0.29和0.38 V,在理论上接近甚至优于目前性能最好的单一功能催化剂和双功能催化剂的过电势.该结果不仅提出了一种潜在的高效三功能催化剂,同时也为多功能催化材料的设计提供了新思路.