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欧宝体育王华教授团队在国际顶级学术期刊《Chemical Society Reviews》上发表研究成果

2021-09-28  点击:

近日,国(guo)际顶级学(xue)术期(qi)刊《Chemical Society Reviews》(最(zui)新(xin)影响(xiang)因子为(wei)(wei)54.564)以欧宝体(ti)育为(wei)(wei)第一完成(cheng)及通(tong)讯单位(wei)在线发表题为(wei)(wei)“Density Functional Theory Studies of Transition Metal Carbides and Nitrides as Electrocatalysts”的研究论(lun)文(wen)(wen)。欧宝体(ti)育王华教(jiao)(jiao)授、李(li)孔斋教(jiao)(jiao)授、美国(guo)哥伦比(bi)亚大(da)学(xue)陈(chen)经(jing)广教(jiao)(jiao)授及佛罗里达农工大(da)学(xue)Shyam Kattel教(jiao)(jiao)授为(wei)(wei)论(lun)文(wen)(wen)共(gong)同通(tong)讯作者,王华教(jiao)(jiao)授指导的博士(shi)生田冬为(wei)(wei)论(lun)文(wen)(wen)第一作者。王华教(jiao)(jiao)授领(ling)衔的科研团队(dui)长期(qi)从事冶金(jin)节能(neng)减排领(ling)域的研究,本(ben)论(lun)文(wen)(wen)是该团队(dui)在继Nature Communications(Nat. Commun. 2019, 10, 1166)及Chem(Chem2020, 6, 419-430)发表CO2资(zi)源化(hua)论(lun)文(wen)(wen)后的又一重大(da)突破(po)。

目前,对(dui)于(yu)许多电(dian)化(hua)(hua)学反(fan)应(ying)(ying)来说,铂(bo)族元(yuan)素是性(xing)(xing)能最好的催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)。然而,由(you)于(yu)铂(bo)族元(yuan)素属(shu)(shu)稀贵(gui)金(jin)(jin)(jin)属(shu)(shu),制约(yue)了规模化(hua)(hua)商业应(ying)(ying)用(yong)。大量(liang)研(yan)(yan)究(jiu)表明,过(guo)(guo)(guo)渡金(jin)(jin)(jin)属(shu)(shu)碳化(hua)(hua)物和氮化(hua)(hua)物因其独特的理化(hua)(hua)性(xing)(xing)能,具(ju)备(bei)了作为高效催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)或(huo)载体(ti)以(yi)替(ti)代(dai)和减少贵(gui)金(jin)(jin)(jin)属(shu)(shu)用(yong)量(liang)的潜(qian)力。在电(dian)化(hua)(hua)学反(fan)应(ying)(ying)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中,厘清小分子(zi)与催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)表面间的相互作用(yong)关系,对(dui)合理设(she)计过(guo)(guo)(guo)渡金(jin)(jin)(jin)属(shu)(shu)碳化(hua)(hua)物和氮化(hua)(hua)物及其活(huo)性(xing)(xing)位点分布和选择性(xing)(xing)至关重要,但仅(jin)通过(guo)(guo)(guo)实(shi)验技(ji)术是很难获得系统(tong)的基础数据。使用(yong)量(liang)子(zi)力学方法(fa),基于(yu)非含时的薛定谔(e)方程(cheng)建立起来的密度(du)泛函理论(DFT)可以(yi)从(cong)原子(zi)水平上(shang)精确(que)描述化(hua)(hua)学反(fan)应(ying)(ying)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)中旧键(jian)断裂行为和新键(jian)形成机(ji)制,并深(shen)入解析催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)结构(gou)和反(fan)应(ying)(ying)机(ji)理的构(gou)效关系,从(cong)而促进过(guo)(guo)(guo)渡金(jin)(jin)(jin)属(shu)(shu)碳化(hua)(hua)物和氮化(hua)(hua)物基催(cui)化(hua)(hua)剂(ji)(ji)的研(yan)(yan)发(fa)与应(ying)(ying)用(yong)。

鉴于此,该论文从(cong)(cong)理论计算(suan)的角(jiao)度出发(fa),首次(ci)从(cong)(cong)原(yuan)子-分子层面(mian),系统分析了目(mu)前欧宝体育过渡金属(shu)碳化(hua)物(wu)及氮(dan)化(hua)物(wu)基催化(hua)剂作(zuo)为析氢反(fan)(fan)应(HER)、氧(yang)氧(yang)化(hua)反(fan)(fan)应(OER)、氧(yang)还(hai)原(yuan)反(fan)(fan)应(ORR)、氮(dan)还(hai)原(yuan)反(fan)(fan)应(N2RR)、CO2还(hai)原(yuan)反(fan)(fan)应(CO2RR)和(he)醇氧(yang)化(hua)反(fan)(fan)应等六(liu)个经(jing)典电化(hua)学(xue)反(fan)(fan)应催化(hua)剂的结构(gou)、反(fan)(fan)应机理和(he)活性(xing)评(ping)价(jia)方法(fa)。

①全面介绍了(le)基(ji)于DFT计算的(de)(de)六(liu)个经典(dian)(dian)电化(hua)(hua)学(xue)(xue)反(fan)应研(yan)究的(de)(de)最新进展,讨论了(le)在(zai)过(guo)渡(du)金属(shu)碳化(hua)(hua)物(wu)和氮化(hua)(hua)物(wu)基(ji)催化(hua)(hua)剂上,这些(xie)经典(dian)(dian)电化(hua)(hua)学(xue)(xue)反(fan)应发生(sheng)的(de)(de)特(te)点及催化(hua)(hua)剂性能(neng)评价方法;尤其(qi)是对通过(guo)DFT计算深入讨论了(le)评价六(liu)个经典(dian)(dian)电化(hua)(hua)学(xue)(xue)反(fan)应在(zai)过(guo)渡(du)金属(shu)碳化(hua)(hua)物(wu)和氮化(hua)(hua)物(wu)基(ji)催化(hua)(hua)剂上的(de)(de)“Descriptors (描述(shu)因子)”,从(cong)理(li)论计算的(de)(de)角(jiao)度创造(zao)性的(de)(de)建(jian)立了(le)评价这些(xie)经典(dian)(dian)电化(hua)(hua)学(xue)(xue)反(fan)应的(de)(de)催化(hua)(hua)剂活性和选择性的(de)(de)描述(shu)因子。

②对目前(qian)国际上理论(lun)计(ji)(ji)算领(ling)域应(ying)(ying)用(yong)较为广泛的基于Norskov提(ti)出的“标准氢电极模型”在(zai)这些经典(dian)化(hua)(hua)学反应(ying)(ying)计(ji)(ji)算中存在(zai)的问题(ti)进行了深入的分(fen)析(xi);并提(ti)出: 未来在(zai)电化(hua)(hua)学领(ling)域,DFT计(ji)(ji)算理论(lun)研究(jiu)应(ying)(ying)着眼于利用(yong)动力学模型(如蒙(meng)特(te)卡(ka)罗动力学或基于DFT计(ji)(ji)算的能(neng)量学开发的微动力学模拟)来探索过渡金属(shu)碳化(hua)(hua)物(wu)及氮化(hua)(hua)物(wu)基材(cai)料的催化(hua)(hua)反应(ying)(ying)动力学。

③为了减少对(dui)稀贵金(jin)属的(de)依赖,对(dui)如何选(xuan)择(ze)和(he)设计过渡(du)金(jin)属碳化物和(he)氮(dan)化物基催(cui)化剂,从微观层面进行(xing)了分(fen)析(xi)和(he)展望。

《Chemical Society Reviews》杂志的匿名审稿人对(dui)(dui)该(gai)项成果(guo)都给予了高度(du)评价(jia),认为“该(gai)研(yan)究(jiu)将(jiang)对(dui)(dui)实验和计算(suan)(suan)催(cui)(cui)化(hua)领域(yu)(yu)工作的广大(da)科(ke)学家非常有(you)(you)帮助”(Ithink that it will be highly useful to the wide range of scientists working in the fields of experimental and computational catalysis )。该(gai)论(lun)(lun)文研(yan)究(jiu)成果(guo)是(shi)理(li)工交叉、基础与应用融合(he)的范例(li),对(dui)(dui)能源及(ji)催(cui)(cui)化(hua)领域(yu)(yu)的实验研(yan)究(jiu)、理(li)论(lun)(lun)计算(suan)(suan)、高效催(cui)(cui)化(hua)及(ji)表面(mian)科(ke)学研(yan)究(jiu)有(you)(you)重要(yao)的借鉴和参(can)考价(jia)值。该(gai)篇论(lun)(lun)文的发表,进一步彰显了欧宝体育(yu)在制(zhi)氢、碳排放、碳达(da)峰、碳中(zhong)和及(ji)相(xiang)关实验研(yan)究(jiu)、理(li)论(lun)(lun)计算(suan)(suan)等领域(yu)(yu)有(you)(you)较(jiao)高的国际学术影响力。

《Chemical Society Reviews》创刊于1972年,由英国(guo)皇(huang)家化(hua)学(xue)(xue)学(xue)(xue)会(hui)(Royal Society of Chemistry)出版,该期(qi)刊专门发(fa)表与化(hua)学(xue)(xue)、能源及相关(guan)学(xue)(xue)科的高(gao)级评论(lun)文章(Reviews和Tutorial Reviews),是世(shi)界(jie)化(hua)学(xue)(xue)、化(hua)工、能源以(yi)及材料(liao)学(xue)(xue)科领域公认(ren)的最具影(ying)响力和权威性的三大(da)综(zong)述(shu)性学(xue)(xue)术期(qi)刊之(zhi)一,属国(guo)际顶级期(qi)刊,在全世(shi)界(jie)范围(wei)内有着非(fei)常高(gao)的学(xue)(xue)术影(ying)响力与权威性,所刊发(fa)的论(lun)文对相关(guan)领域的发(fa)展具有重(zhong)要的引领和指导作用。

论文链接地址: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/CS/D1CS00590A

作者介(jie)绍:

田冬(dong),2013年(nian)(nian)(nian)9月(yue)在欧(ou)宝(bao)体(ti)育理学(xue)(xue)(xue)院凝聚态物理专(zhuan)业攻(gong)(gong)读硕士学(xue)(xue)(xue)位(师从曾春华教授),2015年(nian)(nian)(nian)9月(yue)进入(ru)冶金(jin)与能源工程(cheng)学(xue)(xue)(xue)院冶金(jin)物理化学(xue)(xue)(xue)专(zhuan)业攻(gong)(gong)读博士学(xue)(xue)(xue)位(硕博连读),师从王华教授。2018年(nian)(nian)(nian)获国(guo)(guo)家留(liu)学(xue)(xue)(xue)基(ji)金(jin)委“复杂有色金(jin)属资(zi)源清洁利用领域创新型人才(cai)国(guo)(guo)际合作培养项目(mu)”资(zi)助公派赴美国(guo)(guo)哥伦(lun)比亚(ya)大学(xue)(xue)(xue)学(xue)(xue)(xue)习(xi)(2018年(nian)(nian)(nian)10月(yue)-2020年(nian)(nian)(nian)10月(yue))。目(mu)前以第一(yi)或(huo)共同(tong)第一(yi)作者身(shen)份(fen)在Chemical Society Reviews、Advanced Materials(封面(mian)文章,多次入(ru)选ESI高被引论文)、Chem、Angew Chem Int Edit、Nature Communications等国(guo)(guo)际顶级知名(ming)SCI期(qi)刊上发(fa)表论文10余篇。现(xian)为Journal of Power Sources等多个国(guo)(guo)际著名(ming)SCI期(qi)刊的同(tong)行(xing)评(ping)审专(zhuan)家。

王华,二级(ji)(ji)教(jiao)授,日本(ben)京都大学(xue)(xue)博士后(hou),欧宝(bao)体育党委副(fu)书记、校长。省(sheng)(sheng)部(bu)共建复杂有色金属(shu)资源清洁(jie)利用国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重点(dian)实验室主任、冶(ye)(ye)金化(hua)工节(jie)(jie)能环(huan)保技(ji)(ji)(ji)术国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)地方联合工程(cheng)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)(zhong)心主任、冶(ye)(ye)金节(jie)(jie)能减(jian)排教(jiao)育部(bu)工程(cheng)研(yan)(yan)(yan)究(jiu)中(zhong)(zhong)心主任、中(zhong)(zhong)国(guo)(guo)(guo)有色金属(shu)学(xue)(xue)会理事及节(jie)(jie)能减(jian)排专(zhuan)(zhuan)业委员会主任。长期致力于(yu)冶(ye)(ye)金炉(lu)窑热过程(cheng)强化(hua)与节(jie)(jie)能减(jian)碳理论及工程(cheng)技(ji)(ji)(ji)术研(yan)(yan)(yan)究(jiu)。先(xian)后(hou)承担国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)部(bu)支撑计(ji)划、国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)自然科(ke)(ke)学(xue)(xue)基金重点(dian)项(xiang)目和省(sheng)(sheng)部(bu)级(ji)(ji)重要科(ke)(ke)研(yan)(yan)(yan)项(xiang)目43项(xiang),在Chemical Society Reviews、Nature Communications和Chem等发(fa)表SCI/EI检索学(xue)(xue)术论文230余篇,SCI他引4000余次,出版专(zhuan)(zhuan)著和教(jiao)材11部(bu),获国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)授权发(fa)明专(zhuan)(zhuan)利87项(xiang)。2014年(nian)(nian)(nian)(nian)和2017年(nian)(nian)(nian)(nian)分(fen)别入选(xuan)云南(nan)省(sheng)(sheng)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)领(ling)(ling)军(jun)人(ren)才(cai)和国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)高(gao)层次人(ren)才(cai)特殊支持计(ji)划科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)领(ling)(ling)军(jun)人(ren)才(cai),2007年(nian)(nian)(nian)(nian)入选(xuan)新(xin)世纪百(bai)千万人(ren)才(cai)工程(cheng)国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)级(ji)(ji)人(ren)选(xuan),2011年(nian)(nian)(nian)(nian)获国(guo)(guo)(guo)务院政(zheng)府特殊津贴,2014年(nian)(nian)(nian)(nian)荣获全(quan)国(guo)(guo)(guo)优秀科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)工作(zuo)者称号(hao),2020年(nian)(nian)(nian)(nian)获第二届全(quan)国(guo)(guo)(guo)创(chuang)新(xin)争先(xian)奖状(zhuang)。带(dai)领(ling)(ling)团(tuan)队分(fen)别于(yu)2012年(nian)(nian)(nian)(nian)和2019年(nian)(nian)(nian)(nian)获得国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)进步一等奖和二等奖,2018年(nian)(nian)(nian)(nian)和2020年(nian)(nian)(nian)(nian)分(fen)别荣获云南(nan)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)进步特等奖和自然科(ke)(ke)学(xue)(xue)特等奖,2014年(nian)(nian)(nian)(nian)他领(ling)(ling)衔的创(chuang)新(xin)团(tuan)队获团(tuan)队类云南(nan)省(sheng)(sheng)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)进步一等奖,2016年(nian)(nian)(nian)(nian)被遴选(xuan)为(wei)科(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)部(bu)冶(ye)(ye)金节(jie)(jie)能减(jian)排国(guo)(guo)(guo)家(jia)(jia)(jia)重点(dian)领(ling)(ling)域创(chuang)新(xin)团(tuan)队。

(供稿: 省部共建复杂有色(se)金(jin)(jin)属资源(yuan)清洁(jie)利用国家重点实验(yan)室、冶金(jin)(jin)与能源(yuan)工程学院)

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