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電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)溫和條件下、電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，是新能源轉(zhuǎn)化與利用的重要手段，也是解決當(dāng)前能源危機(jī)與環(huán)境污染等問題的潛在方案之一，其瓶頸在于缺少高效、穩(wěn)定的催化劑。負(fù)載型金屬催化劑因其可調(diào)的金屬-載體界面，活性位點(diǎn)充分暴露及穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，在各類反應(yīng)中展現(xiàn)出更為優(yōu)越的催化性能，因而具有更加顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與前景。然而，復(fù)雜、多變的界面也導(dǎo)致負(fù)載型金屬催化劑的高效篩選、理性設(shè)計(jì)以及原子尺度的性能調(diào)控與優(yōu)化策略的構(gòu)建，至今仍然是一個(gè)巨大的科學(xué)挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一問題，王金蘭教授課題組以二維材料負(fù)載的雙金屬原子催化劑為例，結(jié)合人工智能技術(shù)與物理化學(xué)分析，構(gòu)建了一個(gè)基于原子本征性質(zhì)（電負(fù)性、電子數(shù)）的簡單描述符，能夠量化復(fù)雜界面效應(yīng)對(duì)于材料電催化還原反應(yīng)（二氧化碳、氮?dú)?、氧氣還原反應(yīng)）活性的影響，實(shí)現(xiàn)了不依賴第一性原理計(jì)算的、材料催化性能的定性評(píng)估。預(yù)測(cè)結(jié)果與已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)、理論結(jié)果很好的吻合，從而為負(fù)載型雙原子催化劑的理性設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化提供了切實(shí)可行的策略。此外，文章也提出了構(gòu)建普適性描述符通用設(shè)計(jì)框架，對(duì)于其他負(fù)載型催化劑的描述符的設(shè)計(jì)與構(gòu)建具有重要指導(dǎo)意義。

本文的第一作者是博士生任春錦，王金蘭教授及凌崇益副教授為通訊作者。該工作受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。

論文鏈接為：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c04540

參考資料：https://physics.seu.edu.cn/2022/0616/c23138a411880/page.htm