我院省特聘教授楊宗獻教授團隊在單原子基量子能源領(lǐng)域取得系列進展,。近期,，該團隊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,，其指導的博士后Shamraiz Hussain Talib為第一作者,，清華大學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）是目前電化學領(lǐng)域和催化領(lǐng)域研究最廣泛的話題之一，它在電化學能量轉(zhuǎn)化和能量存儲中扮演了重要的作用,?；诖耍撜撐南到y(tǒng)研究了磷鉬酸（PMA）負載的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負載的Pt、Ru,、V和Ti金屬單原子表現(xiàn)出了良好的熱力學穩(wěn)定性和HER電化學性能,。PMA負載的Co和Pt單原子表現(xiàn)出了良好的OER性能。PMA負載的Fe單原子表現(xiàn)出了良好ORR性能,。進一步地,，通過熱力學和動力學模擬以及系統(tǒng)、深入的電子結(jié)構(gòu)分析,，該文從物理機理上揭示了金屬“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)在電化學性能中的關(guān)鍵作用,。這些研究成果也將為相關(guān)實驗合成和應(yīng)用開發(fā)提供重要指導和依據(jù),。

團隊介紹：

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01294，論文第一作者Shamraiz Hussain Talib是我校物理學博士后流動站引進的巴基斯坦籍博士后,。論文通訊作者路戰(zhàn)勝是河南師范大學一級校特聘教授,、中原千人計劃—青年拔尖人才、河南省高層次B類人才,、河南省教學標兵,，是瑞典烏普薩拉大學聯(lián)合培養(yǎng)博士、美國加州大學博士后,、客座教授,。

楊宗獻教授團隊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)計算模擬為抓手,，瞄準能源環(huán)境領(lǐng)域的基本科學問題和重大社會需求,；立足凝聚態(tài)物理學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)計與應(yīng)用提供理論依據(jù)和新的視角,。

該團隊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）、河南省自然科學獎貳等獎（2021）,。此次在《ACS Catalysis》發(fā)表的成果是繼該團隊獲得“河南省自然科學獎獲獎貳等獎”之后,，在單原子基量子能源的模擬研究領(lǐng)域的又一重要進展。

上述工作受到國家自然科學基金,、前沿物理與清潔能源材料河南省特色學科群,、中原千人計劃、河南省學科創(chuàng)新111引智基地等的支持,。

（物理學院 孟宋杰）