报告摘要
原子催化剂作为前沿研究课题在电催化研究中引起了极大的关注。为了设计合成更加新颖的电催化剂，我们基于石墨炔（GDY）原子催化剂展开了一系列深入研究。首先，我们提出了“氧化还原势垒模型”来量化电子交换和转移的能力。对于析氢反应，我们将常规理论筛选参数扩展到化学吸附能、脱附能和电子结构，首次筛选出GDY-Eu和 GDY-Sm具备成为析氢催化剂的潜力。这些结论也得到了基于决策树算法的机器学习验证。同时，从单原子到双原子催化剂的发展，我们基于石墨炔原子催化剂研究了所有过渡金属和镧系元素金属组合的稳定性和电子结构，发现镧系金属和过渡金属的组合由于 f-d 轨道耦合引起的电子自平衡效应，具备优异的稳定性和电催化活性。而在双原子催化剂中引入主族元素所则能够有效地激活碳链的本征活性，从而调节原子催化剂的活性。最近，我们进一步拓展了石墨炔原子催化剂在二氧化碳还原反应中的应用，对C1和C2产物和反应路径与选择性进行了全面的探索。针对C2反应路径展，我们提出了大小循环集成机制来解释C2产物生成的挑战，并确定了反应路径与金属和活性位点的双重依赖关系。近期，我们也通过第一性原理机器学习手段结合零点校正方法预测了二氧化碳还原的反应趋势与多碳偶联反应的能量，实现了对多碳产物的直接预测。因此，这些理论工作为原子催化剂应用于不同能源系统提供了重要的见解，也为设计高性能的先进原子催化剂开辟了新途径。
关键词 原子催化剂，石墨炔，电催化，第一性原理机器学习，碳中和
报告人简介
黄勃龙，香港理工大学副教授，碳战略研究中心主任 黄勃龙教授2007年毕业于北京大学物理系，同年前往剑桥大学从事材料理论研究，并于2012年获得博士学位。2012-2015年，黄勃龙教授于北京大学跟随严纯华院士并在其指导下开展博士后研究, 后赴香港城市大学和香港理工大学继续博士后的相关研究，并于2015年入职香港理工大学，目前担任应用生物及化学科技学系副教授与碳战略催化研究中心主任。黄勃龙教授的研究方向主要为纳米材料、能源材料、固体功能材料和稀土材料的电子态性质，以及在能源材料纳米表界面、多尺度下的能源转换应用等。目前黄勃龙教授共发表SCI论文298篇，包括Nature，Science，Energy Environ. Sci.，J. Am. Chem. Soc., Chem. Soc. Rev.，Nat. Commun.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Angew. Chem. Int. Ed.等国内外顶级杂志，H-index为75，文章引用次数超过19000次, 并多次被选为封面推荐文章。黄勃龙教授被评为2022、2023年科睿唯安高被引学者，2022、2023年斯坦福大学评选的全球Top2%高被引学者等。此外，还担任《Battery Energy》、《Frontiers in Chemistry》副主编，《JACS Au》、《Nano Research》、《中国稀土学报》、《稀有金属》、《稀土》的青年编辑或编委，30余次受邀在国内国际重要学术会议上做邀请报告，其中包括2019美国材料年会等，并为多个高影响力期刊如Nat. Phys., Nat. Commun., Joule, Matter, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Catal., Nano Energy, Energy Environ. Sci. 等担任特邀审稿人。
