華東理工大學(xué)龔學(xué)慶教授做客第272期化苑講壇
報(bào)告題目：稀土二氧化鈰催化材料“電子儲存器”效應(yīng)的密度泛函理論研究
報(bào) 告 人 ：龔學(xué)慶教授
報(bào)告時(shí)間：2017年6月19日（周一）上午9:00
報(bào)告地點(diǎn)：化學(xué)樓二樓一號會議室
報(bào)告人簡介：
龔學(xué)慶，男，1978年2月出生，理學(xué)博士，華東理工大學(xué)工業(yè)催化研究所、計(jì)算化學(xué)中心教授，博士生導(dǎo)師，華東理工大學(xué)研究生院常務(wù)副院長。2000年7月獲上海交通大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)士學(xué)位。2001-2004年在英國貝爾法斯特女王大學(xué)（The Queen’s University of Belfast）化學(xué)院攻讀博士學(xué)位，并于2004年12月獲該校物理化學(xué)專業(yè)理學(xué)博士學(xué)位。2004年11月-2007年6月在美國普林斯頓大學(xué)（Princeton University）化學(xué)系從事博士后研究。
龔學(xué)慶博士主要從事利用密度泛函理論（DFT）計(jì)算進(jìn)行材料，表面科學(xué)以及催化化學(xué)等領(lǐng)域的研究工作。2007年6月回國工作以來，已發(fā)表SCI論文100余篇，其中與實(shí)驗(yàn)合作者一起在Science上發(fā)表論文2篇，并在Angew. Chem. Int. Ed上發(fā)表論文4篇，J. Am. Chem. Soc.上發(fā)表論文3篇，Phys. Rev. Lett.上發(fā)表論文3篇, Nature雜志子刊Nature Comm.上發(fā)表論文3篇，Science雜志子刊Science Adv.上發(fā)表論文1篇。論文SCI他引>2500次，H-index為31。同時(shí)，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金青年基金1項(xiàng)，面上項(xiàng)目2項(xiàng)，上海市青年科技啟明星項(xiàng)目及跟蹤各1項(xiàng)，高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)2項(xiàng)。還作為骨干參與國家“973”項(xiàng)目3項(xiàng)，科技部國際科技合作項(xiàng)目1項(xiàng)，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)。2010年入選上海市“東方學(xué)者”特聘教授，2013年入選國家自然基金委“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”項(xiàng)目和上海市曙光計(jì)劃項(xiàng)目，2014年入選國家自然基金委“創(chuàng)新研究群體” ，2015年獲上海市青年五四獎(jiǎng)?wù)拢?/span>2016年入選上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人項(xiàng)目。
報(bào)告內(nèi)容：
稀土二氧化鈰材料被廣泛應(yīng)用于汽車尾氣凈化，但人們對納米二氧化鈰材料的催化性能構(gòu)效關(guān)系，以及稀土元素特有的高度局域f軌道的作用的認(rèn)識還非常有限，只是籠統(tǒng)的歸納出其在催化過程中可以起到類似“電子儲存器”的作用。為深入理解其催化性能，我們采用引入在位庫侖作用校正的密度泛函理論計(jì)算（DFT+U），系統(tǒng)研究了二氧化鈰多種表面結(jié)構(gòu)、氧缺陷、金屬及其他氧化物顆粒負(fù)載和相關(guān)體系中催化小分子反應(yīng)的機(jī)理。通過計(jì)算二氧化鈰的主要晶面（111）面上產(chǎn)生單氧空穴后的表面電子結(jié)構(gòu)狀況，我們發(fā)現(xiàn)單空穴的產(chǎn)生可以還原兩個(gè)表面鈰原子，即還原電子被儲存在其4f軌道中。我們從結(jié)構(gòu)角度近一步分析了調(diào)控局域還原電子出現(xiàn)位置的因素，指出表面結(jié)構(gòu)弛豫方式是最為主要的。我們還計(jì)算研究了二氧化鈰（111）及（110）表面催化氧化CO以及還原NO的完整反應(yīng)過程，并考察了表面還原狀態(tài)對其影響，發(fā)現(xiàn)CO與表面晶格的氧的反應(yīng)過程由其較弱的相互作用開始，通過形成次穩(wěn)定的表面CO2物種，進(jìn)而發(fā)生脫附生成氣相CO2產(chǎn)物。分析表明，表面反應(yīng)位置外的鈰可以在CO2移動過程中，通過結(jié)構(gòu)弛豫被還原并將原來處于吸附狀態(tài)的CO2上帶的負(fù)電荷獲取并儲存局域在其4f軌道上，從而促進(jìn)CO2的脫附與反應(yīng)。計(jì)算還發(fā)現(xiàn)，NO在二氧化鈰（110）表面的遷移與反應(yīng)過程中，二氧化鈰載體可以選擇性的向表面物種轉(zhuǎn)移或接收電子以幫助其的吸附與反應(yīng)。另外，我們還詳細(xì)考察了二氧化鈰（100）極性表面的大量可能結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)極性表面高密度晶格氧間的相互作用以及體系鈰離子4f軌道的電子儲存能力，能夠在整體化學(xué)配比完整的情況下調(diào)節(jié)局部O和Ce的實(shí)際價(jià)態(tài)，并強(qiáng)烈影響其催化活性。最后，我們的工作還表明，4f軌道同時(shí)還可以作為有效的參考能級來評價(jià)二氧化鈰基復(fù)合催化材料的電子儲存和相關(guān)催化能力。
