【下午三点】龙讯讲坛 | 大连理工大学赵纪军教授：低维非金属催化剂的计算设计

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近年来，随着人类社会对于能源转换和存储需求的不断攀升，开发高效、廉价的新型催化剂，已经成为化学、材料、物理等多学科共同关注的焦点。本期龙讯讲坛邀请到了大连理工大学赵纪军教授，为我们介绍其团队最近在催化剂设计领域的理论研究成果，提供相关的研究思路。

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主题：低维非金属催化剂的计算设计

主讲人：赵纪军  教授
单位：大连理工大学时间：2020年5月29日 15:00-16:30主办单位：北京龙讯旷腾科技有限公司

课程介绍

新能源的开发和利用是解决能源危机和环境污染的重要途经，贵金属基材料是各种能量转换过程的常用催化剂，然而其规模化应用受到价格和储量的严重限制。近年来，由地球上含量丰富且无毒无害的p-block非金属元素组成的催化剂材料在学术界和工业界受到了极大的关注。类比过渡金属催化剂的d态中心理论，我们提出了非金属的p态中心理论，并通过复合的方式活化非金属原子的p态电子，利用第一性原理计算设计了一系列碳基、硅基、硼基催化剂材料，其表面吸附性质和催化行为都与非金属原子的p轨道中心位置密切相关。首先，我们将氮掺杂的石墨烯分别与非贵金属、过渡金属氧化物和碳化物复合用于氧还原反应、析氧反应和析氢反应，利用界面耦合和电子转移改变石墨层的电子结构和表面吸附能力，从而调控复合体系的催化性质，获得了高活性甚至双功能的催化剂体系。进一步，我们分别利用银衬底上生长的硅烯和过渡金属掺杂的硅团簇催化二氧化碳加氢反应，通过硅烯的层数或硅团簇的尺寸改变表面硅原子悬挂键的数量和能级位置，从而调控产物选择性。基于实验可宏观制备稳定的填充金属的单壁硼氮纳米管，通过早期过渡金属原子调控硼原子的p态电子占据数和前线轨道位置，实现了对合成氨反应的高效催化。我们还将“p态理论”拓展到二维金属氧化物，利用多层氧化锌和负载氧化镁薄层分别催化二氧化碳还原。多层二维氧化锌由于层间耦合而具有不均匀的电子分布，其表面富集电子，氧原子提供活性位点，并表现出随层数变化的能隙、光吸收性质、光催化活性和选择性。对于贵金属衬底支撑的氧化镁薄层，我们阐明了氧化物晶面和层数以及衬底的种类和晶面取向对活性和选择性的影响，建立了p轨道中心、界面电荷转移数、功函数等物理量与活性的关联。上述结果为低维非金属催化剂的设计、制备、以及催化性能的精准调控提供了必要的理论指导。

主讲人介绍

赵纪军，1992年南京大学本科毕业，1996年在南京大学获凝聚态物理博士学位，导师王广厚院士。1997年至2005年期间，先后在意大利国际理论物理中心、美国北卡大学、华盛顿州立大学担任博士后、研究助理教授、研究员。2006年起任大连理工大学教授，2014年起任三束材料改性教育部重点实验室主任，2017年起任大连理工大学物理学院院长；担任Advances in Physics X等七个国际期刊副主编或编委。主要研究领域为低维凝聚态物理、计算材料学、材料辐照效应。主要研究领域为低维凝聚态物理、计算材料学。发表SCI论文500多篇，总引用18000余次，H因子68，入选爱思维尔中国高被引学者。获国家自然科学二等奖1项、省部级科技奖6项。研究成果多次被Science Daily, Phys. Org, C & EN, IEEE Spectrum, Nanowerk, SCIlight等科技媒体亮点报道。

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