5-20、材料基因组方法应用于纳米材料的理性设计

李有勇

苏州大学功能纳米与软物质研究院

摘要：结合原子尺度、介观尺度多尺度模拟方法和Graph Theory方法，近期开发出一套protocol，从化学结构出发可以得到器件活性层的微观形貌和对器件效率有重要影响的参数。

首先通过蒙特卡洛方法构建聚合物太阳能电池的无定形结构的原子模型，得到聚合物太阳能电池无定形结构的原子模型以后，对其进行动力学模拟，通过长时间的动力学模拟(20ns~50ns)以获得相关的参数，包括不同分子的体积、溶度参数等并通过溶度参数换算出Flory-Huggins相互作用参数。通过原子尺度模拟得到相关的参数(包括分子体积、Flory-Huggins相互作用参数等)以后，通过介观尺度的模拟来得到聚合物太阳能电池的微观形貌。然后通过Graph Theory来得到器件效率等重要参数。

通过结合材料基因组方法，我们模拟和设计了一系列碳硅复合等能源纳米材料，包括硅铑复合材料用于HER催化，碳硅复合二维纳米材料用于光电材料，以及钙钛矿材料应用于光催化HER等。新型的硅铑复合材料给出了全新的HER催化机理，氢强吸附在铑表面；氢弱吸附在硅表面，尽管硅和铑都不如铂的催化效果好，但硅-铑共催化剂协同作用，在大电流下比铂的催化效果更好。

关键词：能源材料；纳米材料；钙钛矿材料；多尺度模拟方法。

致谢：本工作获得国家重点研发计划（2017YFB0701600）资助。

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.520