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永利总站:永利总站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,国际顶级学术期刊《Chemical Society Reviews》(最新影响因子为54.564)以永利总站为第一完成及通讯单位在线发表题为“Density Functional Theory Studies of Transition Metal Carbides and Nitrides as Electrocatalysts”的研究论文。永利总站王华教授、李孔斋教授、美国哥伦比亚大学陈经广教授及佛罗里达农工大学Shyam Kattel教授为论文共同通讯作者,王华教授指导的博士生田冬为论文第一作者。王华教授领衔的科研团队长期从事冶金节能减排领域的研究,本论文是该团队在继Nature Communications(Nat. Commun. 2019, 10, 1166)及Chem(Chem2020, 6, 419-430)发表CO2资源化论文后的又一重大突破。

目前,对于许多电化学反应来说,铂族元素是性能最好的催化剂。然而,由于铂族元素属稀贵金属,制约了规模化商业应用。大量研究表明,过渡金属碳化物和氮化物因其独特的理化性能,具备了作为高效催化剂或载体以替代和减少贵金属用量的潜力。在电化学反应过程中,厘清小分子与催化剂表面间的相互作用关系,对合理设计过渡金属碳化物和氮化物及其活性位点分布和选择性至关重要,但仅通过实验技术是很难获得系统的基础数据。使用量子力学方法,基于非含时的薛定谔方程建立起来的密度泛函理论(DFT)可以从原子水平上精确描述化学反应过程中旧键断裂行为和新键形成机制,并深入解析催化剂结构和反应机理的构效关系,从而促进过渡金属碳化物和氮化物基催化剂的研发与应用。

鉴于此,该论文从理论计算的角度出发,首次从原子-分子层面,系统分析了目前关于过渡金属碳化物及氮化物基催化剂作为析氢反应(HER)、氧氧化反应(OER)、氧还原反应(ORR)、氮还原反应(N2RR)、CO2还原反应(CO2RR)和醇氧化反应等六个经典电化学反应催化剂的结构、反应机理和活性评价方法。

①全面介绍了基于DFT计算的六个经典电化学反应研究的最新进展,讨论了在过渡金属碳化物和氮化物基催化剂上,这些经典电化学反应发生的特点及催化剂性能评价方法;尤其是对通过DFT计算深入讨论了评价六个经典电化学反应在过渡金属碳化物和氮化物基催化剂上的“Descriptors (描述因子)”,从理论计算的角度创造性的建立了评价这些经典电化学反应的催化剂活性和选择性的描述因子。

②对目前国际上理论计算领域应用较为广泛的基于Norskov提出的“标准氢电极模型”在这些经典化学反应计算中存在的问题进行了深入的分析;并提出:未来在电化学领域,DFT计算理论研究应着眼于利用动力学模型(如蒙特卡罗动力学或基于DFT计算的能量学开发的微动力学模拟)来探索过渡金属碳化物及氮化物基材料的催化反应动力学。

③为了减少对稀贵金属的依赖,对如何选择和设计过渡金属碳化物和氮化物基催化剂,从微观层面进行了分析和展望。

《Chemical Society Reviews》杂志的匿名审稿人对该项成果都给予了高度评价,认为“该研究将对实验和计算催化领域工作的广大科学家非常有帮助”(Ithink that it will be highly useful to the wide range of scientists working in the fields of experimental and computational catalysis )。该论文研究成果是理工交叉、基础与应用融合的范例,对能源及催化领域的实验研究、理论计算、高效催化及表面科学研究有重要的借鉴和参考价值。该篇论文的发表,进一步彰显了永利总站在制氢、碳排放、碳达峰、碳中和及相关实验研究、理论计算等领域有较高的国际学术影响力。

《Chemical Society Reviews》创刊于1972年,由英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)出版,该期刊专门发表与化学、能源及相关学科的高级评论文章(Reviews和Tutorial Reviews),是世界化学、化工、能源以及材料学科领域公认的最具影响力和权威性的三大综述性学术期刊之一,属国际顶级期刊,在全世界范围内有着非常高的学术影响力与权威性,所刊发的论文对相关领域的发展具有重要的引领和指导作用。

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

作者介绍:

田冬,2013年9月在永利总站理学院凝聚态物理专业攻读硕士学位(师从曾春华教授),2015年9月进入冶金与能源工程学院冶金物理化学专业攻读博士学位(硕博连读),师从王华教授。2018年获国家留学基金委“复杂有色金属资源清洁利用领域创新型人才国际合作培养项目”资助公派赴美国哥伦比亚大学学习(2018年10月-2020年10月)。目前以第一或共同第一作者身份在Chemical Society Reviews、Advanced Materials(封面文章,多次入选ESI高被引论文)、Chem、Angew Chem Int Edit、Nature Communications等国际顶级知名SCI期刊上发表论文10余篇。现为Journal of Power Sources等多个国际著名SCI期刊的同行评审专家。

王华,二级教授,日本京都大学博士后,永利总站党委副书记、校长。省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室主任、冶金化工节能环保技术国家地方联合工程研究中心主任、冶金节能减排教育部工程研究中心主任、中国有色金属学会理事及节能减排专业委员会主任。长期致力于冶金炉窑热过程强化与节能减碳理论及工程技术研究。先后承担国家科技部支撑计划、国家自然科学基金重点项目和省部级重要科研项目43项,在Chemical Society Reviews、Nature Communications和Chem等发表SCI/EI检索学术论文230余篇,SCI他引4000余次,出版专著和教材11部,获国家授权发明专利87项。2014年和2017年分别入选云南省科技领军人才和国家高层次人才特殊支持计划科技领军人才,2007年入选新世纪百千万人才工程国家级人。2011年获国务院政府特殊津贴,2014年荣获全国优秀科技工作者称号,2020年获第二届全国创新争先奖状。带领团队分别于2012年和2019年获得国家科技进步一等奖和二等奖,2018年和2020年分别荣获云南科技进步特等奖和自然科学特等奖,2014年他领衔的创新团队获团队类云南省科技进步一等奖,2016年被遴选为科技部冶金节能减排国家重点领域创新团队。

(供稿:省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室、冶金与能源工程学院)

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