理学院新材料研究中心在Applied Surface Science发表多篇学术论文

近期，我校理学院新材料研究中心在电催化析氢材料和储氢材料的设计与性能研究方面取得重要进展，多项研究成果发表于材料科学领域国际权威期刊《Applied Surface Science》（中科院分区：SCI一区TOP期刊，最新影响因子IF：7.392）。国际期刊《Applied Surface Science》的学术影响力在415个物理学与天文学/凝聚态物理（Physics and Astronomy/Condensed Matter Physics）期刊中排名第21（21/415）；在240个物理学与天文学/普通物理与天文学（Physics and Astronomy/General Physics and Astronomy）期刊中排名第15（15/240）；在129个物理学与天文学/表面、涂层和薄膜（Physics and Astronomy/Surfaces, Coatings and Films）期刊中排名第9（9/129）；在57个物理学与天文学/表面和界面（Physics and Astronomy/Surfaces and Interfaces）期刊中排名第5（5/57）。论文第一作者分别为理学院张春玲副教授和硕士研究生赵政钦、陈凤，理学院郝劲波副教授为论文通讯作者，西安建筑科技大学为论文第一完成单位。

氢能作为一种理想的绿色能源，具有清洁无污染、可再生、能量密度高、利用率高等优点，能满足人类未来的能源需求，是世界各国的国家发展战略和科学研究热点。与石油裂解等传统制氢技术相比，电解水制氢有效、清洁且可再生循环，电催化剂可以显著提高水电解转换效率。二维纳米材料具有高表面体积比，因而表现出良好的催化性能，过渡金属二卤族化合物和石墨烯基材料是目前研究最多的二维材料电催化剂。理学院新材料研究中心聚焦国家新能源领域科研需求，在电催化析氢材料和储氢材料的设计与性能研究方面取得了系列创新性成果。

该研究针对五环过渡金属二卤族化物材料缺乏在电催化析氢领域应用研究的问题，基于第一性原理，设计了具有五环褶皱的二维合金单层MNS₄（M，N=Mn，Fe，Co，Ni，Pd）材料，研究了其稳定性、催化性质和电子性质，分析了电催化析氢性能的起源。研究结果表明，通过合金化可以改善硫位点的吉布斯自由能，增大活性位点密度，进而增强电催化析氢性能。该研究能够为设计新型高效的五环过渡金属二卤族化物电催化剂提供理论指导。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155897

该研究针对新型二维范德华(vdW)MA₂Z₄族材料的析氢性能提升问题，提出了利用缺陷工程调控二维Janus MoSiGeN₄材料的电催化析氢性能的策略。研究发现，通过引入空位缺陷和过渡金属原子可以减小带隙促进电子转移，另外还可以诱导电荷重新分布改善氢吸附强度，优化催化位点活性。研究结果表明具有外层N空位缺陷和Mn、Fe、Nb掺杂的Janus MoSiGeN₄材料拥有良好的稳定性，具有优于Pt基催化剂的析氢活性，证实了缺陷工程调控是提升Janus MA₂Z₄族材料电催化析氢性能的有效手段，其可以作为一种有前途的高效析氢电催化剂。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156894

该研究针对石墨烯基材料的储氢性能提升问题，提出了氮掺杂或硼掺杂双T石墨烯可作为新型高效可逆储氢材料。通过第一性原理，研究了N掺杂、B掺杂双T石墨烯的热稳定性、电子性质和储氢能力。结果表明，其储氢率均高于美国能源部的储氢材料商用标准(6.5 wt.%)，且在241 K时可以实现氢气的解吸，表明该材料在实际环境下具有良好的储氢容量、可逆性和效率，是一种很有前途的物理吸附储氢材料，为杂原子掺杂石墨烯基储氢材料的应用提供了理论指导。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156895

理学院新材料研究中心成立于2020年1月，依托西安建筑科技大学理学院和北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室，以交叉创新为引擎，形成了以中青年教师及博士为主，结构合理、学缘宽泛、创新精神及科研能力强的研究团队。团队结合青年教师的基础能力和特点，挖掘科研潜力，发挥交叉创新优势，突出平台自身特色，聚焦计算方法、新能源材料和光电材料等科研方向，取得了显著成效和丰硕成果。