《科学通报》是首要报导自然科学各学科基础理论和运用研讨方面具有立异性、高水平和重要意义的研讨成果。报导及时快速,文章可读性强,力求在比较广泛的学术范畴发生深刻影响。
动力危机与环境污染日益严峻,探究新式的高功能能量存储和转化资料成为研讨热门,而理论核算可以从原子尺度上树立资料本征特点与功能之间的联系,为挑选此类资料供给了重要的理论依据。
·探究过渡族金属硫化物层间插层锂、钠离子的电化学功能,发现MoX2和WX2(X = S, Se)具有较低的电压和较优的电导,适用于负极资料,并提出电子填充功(Wfilling)可作为描绘符,用于描绘层状二维资料离子插层的充放电电压的功能。
·探究MXenes的氧停止面上氢分出(HER)行为,提出氧的空位构成能(Ef)作为普适的描绘符来描绘MXenes资料的析氢功能,一起指出该描绘符亦可用于描绘锂在MXenes外表的结合强度。
·探究Co-N配体资料的CO2复原(CRR)功能,发现CoO3N1配位卟啉具有最优的催化CO2复原为CO的功能,并提出Co空位构成能(Evac)作为描绘符来描绘Co-N配体资料的CRR催化功能。
·探究第五族过渡金属硫化物的氧复原(ORR)催化功能,发现NbS2和TaTe2具有最优的功能,并提出外表硫族原子pz轨迹中心与px/py轨迹中心之差(DE)作为描绘符来描绘过渡金属硫化物ORR催化功能。
·探究Fe-N-C配体资料的ORR催化功能,发现提高Fe-N4周围的N配位数能提高其ORR的催化活性,并提出运用活性位Fe的磁矩作为描绘符来描绘ORR的催化活性。
根据课题组多年对二维资料用于动力存储和转化范畴的研讨成果,李佳副教授等在《科学通报》宣布评述文章,回忆二维资料在动力存储和转化范畴的运用,评论二维资料的电子结构与其电化学功能之间的联系,总结现有的二维资料电化学功能描绘符,并论述其详细的合适运用的规模。
二维资料在锂离子电池中的运用:二维资料为探究高功能锂离子电极资料供给了新的方向,文章评论了理论核算质量比容量和作业电压的办法,介绍了电子填充功(Wfilling)用于猜测锂离子嵌入能的办法,并指出该办法仅适用于系统本征电子结构在离子嵌入进程中未有较大改动的状况。
二维资料用于HER催化剂:文章介绍了用氢吸附自在能(DGH*)来衡量资料HER功能的办法。一起,也总结了根据分子轨迹成键模型的d轨迹中心、外表氧得电子数、最高态密度能级方位和根据态填充模型的最低未占有态方位、电子填充功等用于描绘金属、过渡族金属硫化物、MXenes和掺杂石墨烯等二维资料HER功能的描绘符,并评论吸附物形成的结构形变对传统描绘符运用的约束。
二维资料用于ORR和OER催化剂:文章介绍了运用OH吸附自在能(DGOH*)和OH 吸附自在能与 O 吸附自在能之差(DGOH*–DGO*)来评价资料ORR和OER功能的办法;一起还介绍了pz轨迹占有度,过渡族金属原子磁矩,pz轨迹和px/py轨迹中心差,电子搬运才能等可用于描绘ORR功能的描绘符,并指出这些描绘符的适用规模。在介绍用于OER的二维资料时,作者指出其外表氧化所得的氢氧化物是催化OER的要害物质,且单一物理参量难以描绘杂乱系统的OER功能。
二维资料用于CRR催化剂:文章介绍了二维资料在溶液环境中CRR催化反响中CO2复原和H复原的竞赛联系,并指出将中心产品的吸附自在能和基元反响势垒结合是研讨CRR反响途径的重要办法。
展望:理论核算对新式二维资料在动力存储和转化范畴的运用起着重要的推动效果,可是其对实在电化学进程的研讨仍存在一些问题,比方缺少对资料外部实在环境的模仿、现有DFT办法的自身缺乏、杂乱资料系统的功能难以用简略的资料本征性质来描绘等,这样一些问题都亟待解决。