我院省特聘教授楊宗獻(xiàn)教授團(tuán)隊(duì)在單原子基量子能源領(lǐng)域取得系列進(jìn)展,。近期,，該團(tuán)隊(duì)又一重要研究成果以“Theoretical Inspection of M1/PMA Single-Atom Electrocatalyst: Ultra-High Performance for Water Splitting (HER/OER) and Oxygen Reduction Reactions (OER)”為題發(fā)表在國際量子催化,、量子能源Top旗艦刊物《ACS Catalysis》上—其影響因子為13.08。校特聘教授路戰(zhàn)勝教授為通訊作者,，其指導(dǎo)的博士后Shamraiz Hussain Talib為第一作者,，清華大學(xué)李雋教授為共同通訊作者。
TOC 4電子OER和ORR路徑示意圖
Figure 4 4電子OER路徑示意圖
氫能源中的核心反應(yīng)——電解水可以分為析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)兩個半反應(yīng),，其中,，OER反應(yīng)由于具備很高的過電位(overpotential)，極大地限制了電解水的效率,。此外,，氧還原反應(yīng)（ORR）是目前電化學(xué)領(lǐng)域和催化領(lǐng)域研究最廣泛的話題之一，它在電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化和能量存儲中扮演了重要的作用,?；诖?，該論文系統(tǒng)研究了磷鉬酸（PMA）負(fù)載的Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni等多種金屬單原子體系的吸附特性、熱力學(xué)穩(wěn)定性和微觀電子結(jié)構(gòu)特性,。理論模擬結(jié)果表明PMA負(fù)載的Pt,、Ru、V和Ti金屬單原子表現(xiàn)出了良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性和HER電化學(xué)性能,。PMA負(fù)載的Co和Pt單原子表現(xiàn)出了良好的OER性能,。PMA負(fù)載的Fe單原子表現(xiàn)出了良好ORR性能。進(jìn)一步地,，通過熱力學(xué)和動力學(xué)模擬以及系統(tǒng)、深入的電子結(jié)構(gòu)分析,，該文從物理機(jī)理上揭示了金屬“單原子”微觀電子結(jié)構(gòu)描述符d-band center與其宏觀電催化性能之間的“構(gòu)效關(guān)系”,，還揭示了單原子的自旋電荷密度、磁矩及其價態(tài)在電化學(xué)性能中的關(guān)鍵作用,。這些研究成果也將為相關(guān)實(shí)驗(yàn)合成和應(yīng)用開發(fā)提供重要指導(dǎo)和依據(jù),。
團(tuán)隊(duì)介紹：
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01294，論文第一作者Shamraiz Hussain Talib是我校物理學(xué)博士后流動站引進(jìn)的巴基斯坦籍博士后,。論文通訊作者路戰(zhàn)勝是河南師范大學(xué)一級校特聘教授,、中原千人計(jì)劃—青年拔尖人才、河南省高層次B類人才,、河南省教學(xué)標(biāo)兵,，是瑞典烏普薩拉大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士、美國加州大學(xué)博士后,、客座教授,。
楊宗獻(xiàn)教授團(tuán)隊(duì)多年來采用基于密度泛函理論——該理論于1998年獲得諾貝爾獎，是量子力學(xué)理論模擬領(lǐng)域的重要基石——的第一性原理方法,，以凝聚態(tài)物理原子與電子結(jié)構(gòu)計(jì)算模擬為抓手,，瞄準(zhǔn)能源環(huán)境領(lǐng)域的基本科學(xué)問題和重大社會需求；立足凝聚態(tài)物理學(xué)的基本物理原理和方法,，從原子與電子層次揭示材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀特性之間的構(gòu)效關(guān)系及其物理本質(zhì),，為新材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供理論依據(jù)和新的視角。
該團(tuán)隊(duì)近年來先后深入系統(tǒng)地在汽車尾氣處理“三元催化劑”,、燃料電池電極材料等量子能源材料電子結(jié)構(gòu)及性能調(diào)控方面取得系列進(jìn)展,，為清潔能源環(huán)境材料的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化提供有力支撐。并先后獲得河南省教育廳科技成果獎壹等獎（2020）,、河南省自然科學(xué)獎貳等獎（2021）,。此次在《ACS Catalysis》發(fā)表的成果是繼該團(tuán)隊(duì)獲得“河南省自然科學(xué)獎獲獎貳等獎”之后，在單原子基量子能源的模擬研究領(lǐng)域的又一重要進(jìn)展,。
上述工作受到國家自然科學(xué)基金,、前沿物理與清潔能源材料河南省特色學(xué)科群,、中原千人計(jì)劃、河南省學(xué)科創(chuàng)新111引智基地等的支持,。
（物理學(xué)院 孟宋杰）