報告摘要
原子催化劑作為前沿研究課題在電催化研究中引起了極大的關注。為了設計合成更加新穎的電催化劑，我們基于石墨炔（GDY）原子催化劑展開了一系列深入研究。首先，我們提出了“氧化還原勢壘模型”來量化電子交換和轉移的能力。對于析氫反應，我們将常規理論篩選參數擴展到化學吸附能、脫附能和電子結構，首次篩選出GDY-Eu和 GDY-Sm具備成為析氫催化劑的潛力。這些結論也得到了基于決策樹算法的機器學習驗證。同時，從單原子到雙原子催化劑的發展，我們基于石墨炔原子催化劑研究了所有過渡金屬和镧系元素金屬組合的穩定性和電子結構，發現镧系金屬和過渡金屬的組合由于 f-d 軌道耦合引起的電子自平衡效應，具備優異的穩定性和電催化活性。而在雙原子催化劑中引入主族元素所則能夠有效地激活碳鍊的本征活性，從而調節原子催化劑的活性。最近，我們進一步拓展了石墨炔原子催化劑在二氧化碳還原反應中的應用，對C1和C2産物和反應路徑與選擇性進行了全面的探索。針對C2反應路徑展，我們提出了大小循環集成機制來解釋C2産物生成的挑戰，并确定了反應路徑與金屬和活性位點的雙重依賴關系。近期，我們也通過第一性原理機器學習手段結合零點校正方法預測了二氧化碳還原的反應趨勢與多碳偶聯反應的能量，實現了對多碳産物的直接預測。因此，這些理論工作為原子催化劑應用于不同能源系統提供了重要的見解，也為設計高性能的先進原子催化劑開辟了新途徑。
關鍵詞 原子催化劑，石墨炔，電催化，第一性原理機器學習，碳中和
報告人簡介
黃勃龍，香港理工大學副教授，碳戰略研究中心主任 黃勃龍教授2007年畢業于beat365物理系，同年前往劍橋大學從事材料理論研究，并于2012年獲得博士學位。2012-2015年，黃勃龍教授于beat365跟随嚴純華院士并在其指導下開展博士後研究, 後赴香港城市大學和香港理工大學繼續博士後的相關研究，并于2015年入職香港理工大學，目前擔任應用生物及化學科技學系副教授與碳戰略催化研究中心主任。黃勃龍教授的研究方向主要為納米材料、能源材料、固體功能材料和稀土材料的電子态性質，以及在能源材料納米表界面、多尺度下的能源轉換應用等。目前黃勃龍教授共發表SCI論文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.等國内外頂級雜志，H-index為75，文章引用次數超過19000次, 并多次被選為封面推薦文章。黃勃龍教授被評為2022、2023年科睿唯安高被引學者，2022、2023年斯坦福大學評選的全球Top2%高被引學者等。此外，還擔任《Battery Energy》、《Frontiers in Chemistry》副主編，《JACS Au》、《Nano Research》、《中國稀土學報》、《稀有金屬》、《稀土》的青年編輯或編委，30餘次受邀在國内國際重要學術會議上做邀請報告，其中包括2019美國材料年會等，并為多個高影響力期刊如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. 等擔任特邀審稿人。
