基于第一性原理的高通量相图计算模拟
在材料设计中的应用
陈亮
中科院宁波材料所
摘要
相图可以揭示多元体系在热力学条件下的反应以及相变过程，从而为实验提供有益的指导，随着计算机运算能力大幅提高以及相关程序的开发，相图计算在新型功能材料，如锂离子电池材料和光催化材料等研发方面做出了很大的贡献。我们利用结合第一性原理、集团展开和蒙特卡洛等方法的高通量相图计算模拟技术，快速筛选和设计出了Pt-CaTiO3、双金属磷化物与金属有机框架等用于气体吸附、分离与催化的功能材料，例如（1）通过研究TM-CaTiO3以及TM-TiO2(TM=V, Pt, Mn, Pd, Ru, Zr, Nb等过渡金属)体系的相图, 分析了该体系在不同氧化还原条件下的相平衡以及热力学变化过程，并从1000余种结构中快速筛选出了2种材料用于光催化分解水制氢；（2）设计了一系列双金属磷化物电催化制氢材料,从200余种不同组分和结构的材料中筛选出Co0.5Fe0.5P与Al0.08Co0.92P，并提出一种电子传输补偿机理解释双金属磷化物金属中心与电催化活性之间的构效关系，实验合成也证实了这两种结构有非常优异的电催化制氢性能。
DOI：10.12110/firstfmge.20171121.112
2001年获得南京大学应用化学学士学位，2006年在美国匹兹堡大学化学工程系获得博士学位，随后进入空气化工产品公司 (Air Products & Chemical Inc.)从事储氢材料的开发研究，2007年加入中科院宁波材料所/浙江省工业技术研究院任副研究员，后晋升为研究员，现任所属新能源技术所所长。主要的研究方向为发展多尺度计算模拟方法，进行新型气体吸附、分离材料的设计与开发。以第一或通讯作者在Phys. Rev. Lett.、Energy Environ. Sci.、Nano Lett.、Adv. Energy Mater.、Chem. Sci.、Chem. Comm.与J. Mater. Chem.A等学术期刊上发表了60余篇论文, 获授权中国发明专利11项。相关成果在Science、Nature Comm.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Phys. Rev. B、J. Phys. Chem.等期刊上被正面引用两千余次。担任Advanced Theory and Simulations(Wiley-VCH)等国际期刊编委会委员。