1-12、化工纳微材料的基因组设计及可控制备

曹达鹏

北京化工大学

摘要：由于计算机分子模拟技术以及化工热力学理论的快速发展，采用理论设计指导新型功能纳微材料的合成策略已成为化学工程、材料科学、能源以及环境等领域的研究热点。为此，本研究组以化工热力学为基础，自主建立了一套从量子化学到统计力学的多尺度模拟方法，采用材料基因组的概念成功设计了一系列高性能新型纳微材料（包括锂掺杂的有机框架材料，类金刚石框架材料，金刚炔 (Diamondyne), 硅基纳米材料等）。并成功制备出锂掺杂的框架材料以及氮掺杂的石墨烯材料，验证了理论设计的正确性，为化工纳微材料的设计制备提供了重要基础。

针对近年来单原子催化的研究热点，采用不同的材料基因单元构筑了系列单原子催化模型，系统研究了其电催化性能，建立了从结构到催化性能的本征构效关系，实现了单原子催化剂的高通量快速筛选。发明了表面活性剂辅助的单原子催化剂通用合成方法，成功合成了系列高性能单原子催化剂，并成功应用到了质子膜燃料电池中。本研究提出的表面活性剂辅助策略是一种通用的合成方法，可以扩展到其他单原子催化剂的制备，为研发其他非均相催化剂开辟了一条新途径。

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.112