计算的重点不是孤立的一个完美表面,而是模拟在反应电位下,考虑表面吸附氧物种(oh,o,ooh)覆盖、以及可能存在的表面阳离子溶解重排后的动态表面结构,并计算其各步反应能垒。
同时,他建议将电化学阻抗谱数据用分布弛豫时间(drt)分析进行深度解析,将重叠的弛豫过程分离,以期关联到具体的表面过程(如电荷转移、传质、表面重构等)。
周教授团队被张诚这一系列层层递进、逻辑严密的分析和建议深深折服。
他们立刻协调资源,与合作的理论计算组一起,按照张诚的思路开展了dft计算和drt分析。
最终的突破性现,来自于dft计算与描述符分析的结合。
理论计算结果显示,对于高性能催化剂,在其动态重构后的表面上,并非所有步骤的能垒都降低,而是率控制步骤(rds)生了改变!
从通常的o到ooh的转化,转变为与界面质子-电子转移耦合的步骤。
而这一改变,与张诚通过符号回归和复合描述符分析推测出的“表面电场与中间体覆盖度协同调控”
机制高度吻合。
更重要的是,dft计算可以量化这个动态表面的一个关键电子结构参数——在反应条件下,活性位点周围局域环境的有效库仑排斥能u_eff。
当张诚将这个从理论计算中获得的、反映动态局域电子关联强度的参数,与他之前找到的、基于实验数据的“复合描述符”
进行关联时,一个惊人的、极其尖锐的火山型关系图出现了!
活性最高的样品,恰好位于这座“火山”
的顶峰!
这意味着,他们终于找到了隐藏在迷雾背后的、真正的关键描述符——动态局域电子关联强度,它综合体现了掺杂元素的协同电子调控、表面重构效应以及反应中间体覆盖度的影响!
这个现,不仅完美解释了为什么他们合成的特定样品具有高活性,更重要的是,为未来理性设计更多、更好的非贵金属oer催化剂提供了清晰的理论指南和可预测的描述符!
课题组根据这一现,迅调整了合成策略,有针对性地制备了新一代催化剂,性能果然得到了进一步提升且预测准确!
周明华教授握着张诚的手,激动不已:“张诚同学,太感谢你了!
你这一套‘数学分析引导、多尺度模拟验证’的组合拳,真是打通了我们的任督二脉啊!
这次的项目,你绝对是关键贡献者!”
张诚微笑着谦逊回应。
看着课题组同学们兴奋的笑脸,他心中也充满了成就感。
这一次,他没有依赖系统任务,而是主动运用自身能力,解决了一个真实的、具有重要应用背景的科学难题。
数理化的边界,在他的思维中进一步模糊。
他仿佛手握一把名为“数学”
的万能钥匙,正在一扇扇地开启通往不同科学殿堂的大门。
而每一次开启,都让他领略到一片新的、无比壮丽的风景。
清华化学系的求助,被他以一场漂亮的跨学科协同攻坚,画上了圆满的句号。
这也让他更加坚定了自己的道路——以数学为基石,贯通物质科学的各个层面,去探索,去现,去创造。
前方的道路,愈宽广,也愈引人入胜。
