Strain Controlling Catalytic Efficiency of Water Oxidation for Ni1-xFexOOH alloy
催化剂表面可能由于施加负载或与具有大晶格失配的基底接合而暴露于应变。为了测试应变对催化效率的影响，我们使用密度泛函理论+U（DFT+U）来模拟Ni 1-xFexOOH合金的膨胀和收缩表面上的水氧化，Ni 1-xFexOOH合金是用于水裂解的最知名的催化剂之一。我们发现，少量的铁含量具有与施加压缩应变类似的效果。由于活性中心Fe 4+的高氧化态，Fe-O键比纯FeOOH中的短，这有利于从离域在Fe和Ni原子上的状态提取电子。在33%的Fe含量下，效率甚至更好，因为Fe 3+处于活性位点并且在反应期间可以容易地改变氧化态。然而，在较高的铁百分比下效率下降，因为表面不稳定并且可能形成FeOOH聚集体。我们发现，最好的性能是在33%的铁含量和5%的膨胀。因此，除了改变铁含量外，应变还可以用作改善水裂解催化的控制柄。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Role of Oxygen during Methane Oxidation on Pd$_1$/PdO$_1$@CeO$_2$ Surface: A Combined Density Functional Theory, Microkinetic, and Machine Learning Approach
本文结合DFT、微观动力学建模和SISSO机器学习方法，系统研究了氧气在Pd$_1$/PdO$_1$@CeO$_2$(111)表面甲烷氧化中的作用机制，揭示了晶格氧和吸附氧对反应活性的促进效应，并为高效Pd/CeO$_2$催化剂设计提供了理论指导。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Mechanistic Insights into Complete Methane Oxidation on Single-Atom Pd Supported by SSZ-13 Zeolite: A First-Principles Study
本文通过第一性原理计算研究SSZ-13沸石负载单原子Pd上甲烷完全氧化机理，揭示O₂辅助路径比直接脱氢更有利，并提出低能多位点路径，为设计高活性耐湿Pd-沸石催化剂提供原则。
2025-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Partial Oxidation of Methane on a Nickel Catalyst: Kinetic Monte-Carlo Simulation Study
采用动力学蒙特卡罗模拟方法研究了甲烷在镍催化剂上的部分氧化反应。根据Langmuir-Hinshelwood机理分析了该反应的动力学行为，并与前人的实验结果进行了比较。该系统表现出动力学相变之间的反应区与持续反应和中毒区没有反应。的吸附物种和生产率的H2，CO，H2O，和CO2的分数覆盖率进行评估，在稳定状态下作为进料浓度的甲烷和氧气，和反应温度的函数。晶格配位数，扩散，和表面上的杂质的影响进行了研究。模拟结果与已有的实验研究结果吻合较好。据观察，当晶格配位数增加到8时，反应区的宽度显着增加。此外，相变变得连续。吸附在表面上的O和H的扩散在反应中起着可测量的作用，随着扩散速率的增加，最大生产率增加。在含有杂质的体系中，产率大大降低，相变也从突变变为连续。
2016-01-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
First-principles thermodynamic screening approach to photo-catalytic water splitting with co-catalysts
我们调整计算氢电极的方法来明确地考虑光生电荷，并使用它来计算筛选可行的催化剂/助催化剂组合的光催化水裂解。空穴能量所需的催化剂驱动的反应被用作描述符的筛选过程。使用该协议和混合水平的密度泛函理论，我们表明，裸露的二氧化钛表面上的水氧化是牺牲更复杂的比以前认为的。这激发了对用于该半反应的合适的助催化剂的筛选，我们对Au颗粒进行了筛选，直至不可缩放的尺寸范围。我们发现，几乎所有的小Au团簇研究更适合于水的光氧化比扩展的Au（111）表面或裸露的TiO 2面。
2013-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Structure Sensitivity in Oxide Catalysis: First-Principles Kinetic Monte Carlo Simulations for CO Oxidation at RuO$_2$(111)
本文采用密度泛函理论对CO在RuO $_2$（111）面的氧化反应进行了动力学Monte Carlo研究。我们比较详细的洞察到基本过程，稳态表面覆盖率和催化活性，相当于经常研究的RuO $_2$（110）方面的模拟数据。定性的差异，确定在几乎每一个方面，从横向相互作用的结合能在不同的活性位点的基本过程的相互作用。然而，特别是在技术上相关的高温，近环境压力和近化学计量进料两个方面表现出几乎相同的催化活性。这些研究结果挑战了传统的定义结构敏感性的基础上宏观上可观察到的营业额的频率，并允许审查的适用性结构敏感性分类开发的金属氧化物催化。
2015-08-15 cond-mat.mtrl-sci
The role of metastability in enhancing water-oxidation activity
虽然亚稳态增强水氧化活性的实验报道，这种效果背后的原因仍然不清楚。我们在这里确定，使用密度泛函理论计算，析氧反应过电位的各种缺陷（001）表面的三种不同的钙钛矿材料。对于所有这三个，我们发现了一个大范围的过电位为不同的反应地点，包括过电位在顶部的活动火山。假设这些位点主导表观催化活性，这意味着当催化剂在其稳定性条件的边界下操作时出现大量几何上不同的反应位点时，它们可以导致表观活性的强烈增强。这也意味着产生各种不同反应位点的催化剂的预处理可以导致对化学稳定材料的优异催化活性。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Fluxional Behavior at the Atomic Level and its Impact on Activity: CO Oxidation over CeO$_{2}$-supported Pt Catalysts
可还原氧化物是广泛使用的催化剂载体，其可通过在金属-载体界面处转移其晶格氧来增加氧化反应速率。界面氧化过程通常用Mars-van Krevelen机理描述。然而，关于原子尺度结构和动态亚稳定性（即，流动行为）。在这里，我们采用像差校正$\textit{operando}$电子显微镜可视化的结构动力学发生在Pt/CeO $_{2}$界面附近的CO氧化过程中。有限元模拟进行开发的反应速率分析，其中原子级结构的观察直接与催化剂的营业额CO氧化的频率。我们发现，催化营业额的增加频率与动态fluxional行为，（a）不稳定的支持Pt颗粒，（b）标志着一个增强的氧空位的产生和湮灭的速度，和（c）导致增加的应变和减少的CeO $_{2}$支持的表面。总的来说，结果牵连的界面Pt-O-Ce债券锚定Pt的支持，也参与催化驱动的氧转移过程中，他们建议，氧还原发生在高度减少附近的CeO 2表面迁移到界面周边与CO反应之前。这里描述的$\textit{operando}$电子显微镜的方法应该是适用于大量的纳米粒子催化剂。这种技术将使催化功能的表面结构的识别和加强我们的能力，建立（动态）结构活性关系。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
(Electro)catalytic oxidation of sulfide and recovery of elemental sulfur from sulfide-laden streams
本文提出Mo和聚苯胺共掺杂的MnxOy/TiO2纳米管阳极，用于碱性浓缩硫化物溶液的高效稳定电化学脱硫，并通过甲苯溶解阳极表面元素硫层实现纯硫的快速回收。
2024-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles kinetic Monte Carlo simulations for heterogeneous catalysis, applied to the CO oxidation at RuO2(110)
我们描述了一个第一性原理统计力学的方法，使我们能够模拟多相催化的稳态情况。在第一步中，密度泛函理论与过渡态理论一起被用来获得所有相关的基本过程的能量。随后的统计力学的问题是解决的动力学蒙特卡罗方法，它充分占的相关性，波动和空间分布的化学品在催化剂的表面在稳态条件下。将这种方法应用于CO在RuO2（110）的催化氧化，我们确定了表面原子结构和组成的反应环境，从超高真空（UHV）的技术相关的条件下，即高达几个大气压和高温的压力。我们还计算了CO2形成率（周转频率）。结果与现有的实验数据定量一致。我们发现，该系统的高催化活性与无序的，动态的表面“相”与显着的成分波动密切相关。在这种活性状态下，催化功能是由几个基本过程的自我调节相互作用产生的。
2005-10-10 cond-mat.mtrl-sci
A Predictive Model for Catalytic Methane Pyrolysis
本文基于密度泛函理论吸附能计算建立甲烷热解催化剂预测模型，揭示中间体与碳吸附能的线性关系，并评估温度和 H2 分压下十八种最优材料。
2024-06-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Manganese oxide coated TiO2 nanotube-based electrode for efficient and selective electrocatalytic sulfide oxidation to colloidal sulfur
制备了MnO_2包覆的TiO_2纳米管阵列（NTA），并将其应用于硫化物的电催化氧化。通过调整电沉积工艺参数和煅烧温度，得到的涂层为MnO2或Mn2O3，形貌为棒状或针状。Ti/TiO2 NTA/MnxOy阳极的优异催化活性导致硫化物通过硫离子和锰氧化物之间的内球络合物被稳健地选择性氧化成元素硫。MnxOy在NTA内部的渗透改善了粘附性并增强了电子转移，从而使得Mn氧化物涂层能够完全且快速地电催化再氧化。在pH 8时，硫化物氧化的最终产物是胶体硫，S8，其防止阳极钝化并在随后的应用中实现稳定的（电）催化活性。这在合成电解质和实际污水中都观察到，从而证明了Ti/TiO2 NTA/MnxOy阳极在复杂废物流中氧化硫化物的效率。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
CO Oxidation Catalysed by Pd-based Bimetallic Nanoalloys
基于密度泛函理论的全局几何优化已被用来证明催化团簇的几何结构对Pd基纳米合金上CO氧化反应的能垒的关键影响。我们发现，反应中间体之间的巨大几何变化可能导致非常高的能量势垒，从而对整个过程是禁止的。这对新催化剂的设计和所采用的理论方法都提出了挑战。在理论方面，仔细选择所有反应中间体的几何构型对于充分描述可能的反应路径是至关重要的。从催化剂设计的角度来看，可以通过调节团簇和掺杂剂金属之间的相互作用水平来控制团簇的几何构型，以及通过在单个纳米合金颗粒中混合不同的金属而在吸附物分子和催化剂簇之间进行。我们发现，Pd $_{5}$簇中的Pd原子与单个Ag原子的取代形成Pd $_{4}$ Ag $_{1}$导致簇的CO氧化反应的催化性能的潜在改善。另一方面，一个单一的金原子不提高催化剂的性能，这是由于集群的组成金属和吸附分子之间的较弱的杂化。这种灵活性的性质的x-nanoalloy集群说明微调的可能性，这可能是用于设计新的高效催化材料。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci
An atomically efficient, highly stable and redox active Ce0.5Tb0.5Ox (3% mol.)/MgO catalyst for total oxidation of methane
本文报道了一种低镧系负载量的Ce0.5Tb0.5Ox (3% mol.)/MgO催化剂，通过原子级Ce-Tb混合纳米结构及与MgO的相互作用，在甲烷完全氧化中实现了高活性、高储氧能力和优异的高温稳定性。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Role of charge transfer in catalytic hydrogen oxidation over platinum
电荷转移在金属表面的化学吸附和化学反应中起着核心作用。纳诺的索莫杰组织。Lett. { \bf 9}，3930（2009）已经报道了一种化学电流，即响应于在铂表面上通过$\mathrm{O_2}$将$\mathrm{H_2}$氧化成$\mathrm{H_2O}$的电荷载流子的通量。化学电流的性质在文献中一直存在争议;对反应机制的外在和内在解释都已提供。本文提出了一个图片背后的化学电流实验，这是内在的氢氧化在高温制度的机制。表面反应中间体$"\mathrm{O^-}"$、$"\mathrm{H^-}"$、$"\mathrm{OH^-}"$带负电荷，而产物$\mathrm{H_2O}$和反应物$\mathrm{H_2}$和$\mathrm{O_2}$为中性。因此，金属和反应物质之间的电荷转移是不可避免的。在解离的氧和氢吸附中电子从金属转移到界面之后，金属中的激发电子部分地由于连接不同电荷的表面物质$"\mathrm{O^-+H^-}" \rightleftarrows "\mathrm{2 e+OH^-}"$和$"\mathrm{OH^-+H^-}"\rightleftarrows "\mathrm{2 e+H_2O}"$的反应步骤中带负电荷的过渡态的衰变而产生。这些过渡态是改变带负电荷表面中间体电荷的可能的最低能量配置。特别地，$"\mathrm{O^-+H^-}" \rightle…
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface states in bulk single crystal of topological semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$ towards water oxidation
拓扑相物质的能带反转带来了奇异的物理性质，如拓扑保护表面态的出现。它们强烈地影响所研究材料的表面电子结构，并且可以作为一个很好的平台来深入了解表面反应的催化机制。在这里，我们合成了拓扑半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的高质量块体单晶。我们发现，在室温下，Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$自然地拥有拓扑半金属的能带结构。这就保证了Co原子表面态的存在。Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$大块单晶暴露出由Co原子构成的Kagome晶格，具有高的电导率。它们作为析氧过程（OER）的催化中心，由于部分填充的$e_g$轨道，使成键和电子转移更有效。该块体单晶显示出优异的OER催化性能，尽管表面积比Co基纳米结构催化剂小得多。我们的研究结果强调了裁剪拓扑非平凡的表面状态的高活性电催化剂的合理设计的重要性。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Catalyst-mediated etching of carbon nanotubes exhibiting electronic-structure insensitivity and reciprocal kinetics with growth
研究利用同位素标记量化单壁碳纳米管的催化刻蚀与生长速率，发现催化刻蚀对电子结构不敏感且与生长具互易性，为区分催化与非催化反应机理提供新视角。
2025-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Model for the catalytic oxidation of CO, including gas-phase impurities and CO desorption
本文用改进的Ziff-Gulari-Barshad模型对CO+O -> CO_2在催化剂表面上的反应进行了动力学蒙特卡罗模拟。我们的模型包括在气相中的杂质，CO解吸，和已知的修改，以消除非物理O中毒相。杂质可以在表面上吸附和解吸，但在其他方面保持惰性。在以前的工作中，不包括CO解吸[G. M. P.A. Rikvold，Phys. Rev. E，85031143（2012）]，我们发现杂质对相图具有非常独特的影响，并且大大降低了系统的反应性。如果杂质不解吸，一旦系统达到稳定状态，CO_2的产生就消失了。当允许杂质脱附时，存在CO_2反应窗口重新出现的区域，尽管大大减小。以下实验证据表明，温度的影响是至关重要的，在许多催化过程中，在这里，我们进一步分析这些影响，包括CO解吸率。我们发现，CO解吸具有平滑反应相和富CO相之间的过渡的效果，并且最重要的是，它可以通过加宽反应窗口来抵消杂质存在的负面影响，使得现在系统在整个CO压力范围内保持催化活性。
2013-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Metalated Porous-Organic-Polymer Renders Mustard-Gas Simulant Harmless: Core Planarity Matters
金属有机骨架（MOFs）中开放活性金属中心的存在表现出更高的催化活性。但由于MOFs中存在配位键，限制了MOFs在多相催化中的合理应用。近年来，金属化多孔有机聚合物（Metalated Porous-Organic-Polymers，简称M-POP）以其共价键（结构稳定性）和开放金属中心（单中心催化）相结合的特点，引入了一种完全有机的替代结构。在这方面的贡献，我们展示了两个铁持久性有机污染物（Fe-Tt-POP和Fe-Rb-POP）的三元共聚方法的催化氧化去污不同的硫基芥子气模拟物的成功建设。Fe-Tt-POP催化氧化苯硫醚（TA）的转化率（13 h后为99%）高于Fe-Rb-POP（13 h后为43%）。通过原位漫反射红外光谱（DRIFTS）分析，结合密度泛函理论（DFT）计算研究，探讨了催化氧化TA反应机理的差异.
2022-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Effect of CO desorption and coadsorption with O on the phase diagram of a Ziff-Gulari-Barshad model for the catalytic oxidation of CO
本文用Ziff-Gulari-Barshad模型（ZGB-d）研究了CO + O -> CO_2反应中CO和O的共吸附效应。CO在已经被O占据的表面位置上的共吸附通过以概率p，0 <= p <= 1发生的Eley-Rideal型机制引入。我们发现，除了众所周知的消除反应状态和O中毒状态之间的二级相变的效果，共吸附步骤有很强的影响反应状态和CO中毒状态之间的过渡。这两种状态之间的共存曲线终止于解吸速率k的临界值k_c，这取决于p。我们的蒙特卡罗模拟和有限尺寸尺度分析表明，k_c随p值的增加而减小。对于p=1，似乎只有当k为零（或接近零）时，两种状态之间才会出现急剧的相变。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Honeycomb monolithic design to enhance the performance of Ni-based catalysts for dry reforming of methane
本研究将铈锆氧化物负载的Ni催化剂浸涂在堇青石蜂窝载体制成整体式催化剂，用于甲烷干重整，在高温高重时空速下性能接近热力学极限且稳定性优异，优于粉末催化剂。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Effect of surface nanostructure on temperature programmed reaction spectroscopy: First-principles kinetic Monte Carlo simulations of CO oxidation at RuO2(110)
使用催化CO氧化RuO2（110）作为展示，我们采用第一性原理动力学蒙特卡罗模拟来说明程序升温反应光谱数据的复杂影响所带来的仅仅是在纳米结构表面的活性位点的位置之间的相关性。即使在没有横向相互作用的情况下，这种纳米结构本身也会引起不均匀性，这种不均匀性不能被普遍的平均场数据分析程序所掌握，从而导致对不同表面物质的反应性的错误结论。
2007-11-15 cond-mat.mtrl-sci
First-principles statistical mechanics study of the stability of a sub-nanometer thin surface oxide in reactive environments: CO oxidation at Pd(100)
我们采用多尺度模拟的方法来研究在反应环境中的Pd（100）模型催化剂的表面结构和组成。在代表技术CO氧化的气相条件下（~1大气压，300-600 K），我们发现该系统处于稳定亚纳米薄氧化物结构或表面处的CO吸附层的边缘。在稳态操作下，这表明在表面存在或连续形成和还原氧化物补丁，这可能是理解可观察到的催化功能的关键。
2006-09-05 cond-mat.mtrl-sci
B dopant evolution in Pd catalysts after H evolution/oxidation reaction in alkaline environment
间隙掺杂剂的引入开辟了优化纳米颗粒催化活性的新途径，析氢/氧化和其它反应。在这里，我们讨论的性能增强掺杂剂，B，通过控制合成的电催化剂Pd气凝胶引入的稳定性。我们观察到显着的氢析出/氧化反应后，B的去除。从头计算结果表明，高稳定性的亚表面B在Pd的大幅降低时，H是ad/吸附在表面上，有利于其离开主机的纳米结构。亚表面B的不稳定更明显，因为更多的H占据表面位点和空的间隙位点。因此，我们证明，H2燃料/产品本身有利于电催化剂的微观结构降解和相关的活性下降。
2023-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the negative temperature coefficient phenomenon in methane-air mixtures at high pressures
燃料重整器等先进反应堆的设计和运行需要可靠的微观动力学模型，以捕捉反应的动力学。负温度系数现象导致混合物温度随着入口温度的升高而降低。然而，在文献中提供的微观动力学模型尚未严格评估其捕捉这种现象的能力。因此，预测特定应用情况下的系统行为的能力，如在某些稀释剂的存在下或在高压下，在很大程度上是缺失的。在这项工作中，我们采用多种反应机制，从文献中，并比较它们在很宽的压力和温度范围内的甲烷氧化。通过反应路径分析和灵敏度分析，我们发现通过复合途径形成C2是负温度系数行为的主要原因。在此基础上，讨论了蒸汽加入量和压力对汽温的影响.
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Modelling the photocatalytic oxidation of methane and other air pollutants for applications in ventilation systems
University of Cambridge（剑桥大学）；Centre for Climate Repair, Cambridge（剑桥气候修复中心）；University of Greenwich（格林威治大学）；Stanford University（斯坦福大学）
本研究通过实验和模型评估了TiO₂光催化氧化甲烷（2-10 ppm）的性能，并预测了通风系统中该技术的转化效率及气候效益。
2026-07-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electronic Structure of Bimetallic CoRu Catalysts Modulates SWCNT Nucleation
本研究通过量子化学分子动力学模拟发现，CoRu双金属催化剂中Ru通过改变电子结构间接调控SWCNT成核，其机制符合d带理论。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelectrically driven catalytic degradation of organics
在这里，我们报告的催化降解有机化合物，利用磁电（ME）性质的钴铁氧体-铋铁氧体（CFO-BFO）核壳纳米粒子。磁致伸缩CFO与多铁性BFO的组合产生了磁电发动机，其在无线磁场下经由高级氧化过程净化水，而不涉及任何牺牲分子或助催化剂。磁致伸缩CoFe 2 O 4纳米粒子的制备使用水热合成，然后通过溶胶-凝胶合成，以创建多铁性BiFeO 3壳。通过理论模拟研究了磁电纳米颗粒表面的磁场诱导极化。从这些模拟得到的结果是一致的实验结果的压电力显微镜分析，在那里我们观察到的纳米粒子的压电响应的变化下磁场。接下来，我们研究了交流磁场下磁电效应诱导的催化降解有机污染物，并获得了97%的合成染料的去除率和85%以上的常规药物的去除率。此外，我们进行捕获实验，以阐明背后的机制磁场诱导的催化降解有机污染物通过使用清除剂的每一个反应物种。结果表明，羟基和超氧自由基是磁电诱导催化降解有机物的主要活性物种。
2019-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Autothermal Reforming of Methane on Rhodium Catalysts: Microkinetic Analysis for Model Reduction
采用全面、详细的微观动力学机理研究了甲烷自热重整反应，在没有先验假设的情况下，推导出了一个分级简化的速率表达式。微观动力学机制是改编自文献，并已与报道的实验结果进行了验证。通过反应路径分析、部分平衡分析和灵敏度分析，得出了反应速率决定步骤。结果表明，甲烷的活化是通过解离吸附到热解，而碳的氧化是通过O（s）。此外，通过从反应路径分析获得的信息，这是进一步证实的主成分分析，减少了机制。一个33%的减少，从完整的微动力学机制获得。从简化的微观动力学机理出发，进一步导出了一步反应速率方程。结果表明，该速率方程能准确地预测在较宽的入口组成范围内的转化率和出口摩尔分数。
2016-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Composition and structure of the RuO2(110) surface in an O2 and CO environment: implications for the catalytic formation of CO2
用密度泛函理论和原子热力学方法计算了模型催化剂RuO_2（110）在O_2和CO气氛中的表面结构相图。发现反应物的吸附主要取决于气相中的温度和分压。假设稳态操作条件下的催化剂表面接近受约束的热力学平衡，我们能够合理化RuO2上CO氧化的许多实验结果（110）。我们还计算了反应途径和能垒。基于各种结果相共存条件的重要性被强调，因为这些将导致在催化剂表面的增强的动态。这样的条件可以在RuO2（110）上启动另外的动力学控制的反应机制。
2003-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the Glucose Oxidation Activity of Anodized Copper Films on Microfabricated Platforms
该研究通过调控微加工铜薄膜的阳极氧化参数选择性生成Cu2O、Cu(OH)2和CuO，并利用碱性极化形成高活性CuO层，显著提升葡萄糖检测灵敏度并实现0.004 mM检测限。
2025-01-10 cond-mat.mtrl-sci
An Acetate Bound Cobalt Oxide Catalyst for Water Oxidation: Role of Monovalent Anions and Cations In Lowering Overpotential
Co（II）溶于pH 7的乙酸盐缓冲液中，由于其溶解度较高，在相同条件下的水氧化电流明显大于Co（II）溶于磷酸盐缓冲液中的水氧化电流，是一种良好的水氧化催化剂。当电沉积在ITO/FTO电极上时，其形成乙酸盐结合的基于钴（II）氧化物的材料（Co-Ac-WOC），其在pH 7缓冲溶液中在830 mV下显示出0.1 mA/cm $^{2}$的催化水氧化电流密度和在1 V下显示出1 mA/cm $^{2}$的催化水氧化电流密度。用AFM、HR-TEM和SEM（在不同时间和电沉积电位下）研究了Co-Ac-OEC的形貌。利用XPS、EDX、燃烧分析和ATR-FTIR研究了Co-Ac-OEC的化学组成，表明该材料具有CoO核，并且氯离子和乙酸根阴离子结合到Co中心。发现钠被整合在Co-Ac-WOC中。钠离子和氯离子的存在使析氧反应（OER）的起始电位相对于pH 7下的经典Co-Pi降低240 mV。较低的起始电位和较高的OER电流使Co-Ac-WOC中的交换电流密度降低至10 $^{-6.7}$，相对于Co-Pi及其衍生物中的10 $^{-8}$-10 $^{-10}$。
2014-02-22 cond-mat.mtrl-sci
A Computational Investigation of the Catalytic Properties of Graphene Oxide: Exploring Mechanisms Using DFT Methods
在这里，我们描述了一个计算研究进行的努力，以阐明背后的实验观察到的氧化石墨烯氧化物（GO）催化的氧化和水合反应的反应机制。使用苯甲醇氧化成苯甲醛作为模型反应，密度泛函理论（DFT）计算表明，该反应性源于氢原子从有机分子转移到GO表面。特别是，相邻的环氧基团装饰GO的基面开环，导致二醇的形成，然后脱水。与实验观察到的这种化学对分子氧的依赖性一致，我们的计算表明，部分还原的催化剂能够被分子氧再充电，从而允许催化剂周转。计算出无官能团的碳材料（例如石墨）具有显著更高的反应势垒，表明GO的高化学势和丰富的官能度对于所观察到的反应性是必要的。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Selective Oxidation and Cr Segregation in High-Entropy Oxide Thin Films
本研究探究Sr掺杂对高熵氧化物La1-xSrx(Cr0.2Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2)O3薄膜的影响，发现其诱导Cr选择性氧化与偏析，揭示了相关作用机制，为高熵氧化物电催化剂设计提供了新思路。
2025-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of efficient carbon monoxide oxidation at Ru(0001)
采用密度泛函理论计算了Ru在高压下对CO氧化反应的催化行为，其中包括特别高的CO_2转化率.计算结果表明，吸附氧的完全单层能驱动高速率的CO_2生成，使CO_2的生成既可以通过气相CO分子的散射，也可以通过CO分子吸附在吸附层中的氧空位处，由于CO和O的吸附能相对较弱，而且这些反应物距离很近，所以后一种机制是非常有效的。本文分析了与散射反应生成CO_2的反应途径有关的成键和电子性质。我们发现，所确定的“双”过渡态是由于电子转移到未占用的2 π轨道的CO分子，减少了泡利排斥之间的碰撞CO和O-覆盖的表面。然后通过电子从CO2 π轨道转移回CO与吸附的O原子之间的成键区而与CO2成键。
1996-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Water oxidation catalysis on reconstructed NaTaO$_3$ (001) surfaces
极性钙钛矿氧化物表面作为可能的稳定机制而经受结构重建，这改变了表面结构，从而改变了表面化学。为了研究这种效应，我们采用密度泛函理论（DFT）方法研究了NaTaO $_3$重构（001）表面上的析氧反应（OER），并与非极性（113）表面进行了比较.对于清洁的表面的重建有一个有益的影响，催化活性，降低最小的过电位从0.88 V到0.70 V，同时也改变了最活跃的反应位点从Na到Ta。在光催化条件下，Ta位点被氧吸附物覆盖，使一个晶格氧网站上的氧化钠梯田最活跃的一个非常低的过电位为0.32 V。一个替代的表面重建稳定接触水导致氧耦合机制与0.52 V的过电位。我们的研究结果表明，梯田表面重建，使新的反应途径与低过电位其不存在于其它非极性NaTaO $_3$表面上，也不存在于化学类似材料如SrTaO $_2$ N的非极性表面上。
2019-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for the Active Phase of Heterogeneous Catalysts through In Situ Reaction Product Imaging and Multiscale Modeling
我们使用多尺度模型来分析激光诱导荧光（LIF）测量的CO氧化反应在Pd（100）在接近环境的反应条件。将基于密度泛函理论的活性催化剂的动力学蒙特卡罗模拟集成到反应器室内的质量传输的流体动力学模拟中，我们计算直接在催化剂表面上方的反应产物浓度。将针对不同表面模型计算的相应数据与测量的LIF信号进行比较，我们可以区分出主要激发实验测量的催化活性的信号。对于探测的CO氧化反应条件，实验活性是由于原始Pd（100），可能与表面上的其他（氧化）域共存。
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Beyond the Black Box: An Interpretable Machine Learning Framework for Predicting Electronic Structure Microdescriptors and Structure-Performance Relationships in Fe-based Catalytic Systems
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出一种可解释的机器学习框架，通过SHAP分析和树形集成方法，预测铁基催化剂的电子结构微描述符及结构-性能关系，提升了催化剂筛选效率。
2026-05-09 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
Re-visiting the O/Cu(111) system -- When metastable surface oxides could become an issue!
表面氧化过程对于用于甲醇合成、甲醇部分氧化或水煤气变换反应的铜基催化体系的功能至关重要。我们评估了Cu（111）表面上“8”结构（一种$|\begin{smallmatrix} 3&2\\ -1&2 \end{smallmatrix}|$氧化物相）的稳定性和布居。在X射线光电子能谱学和低能电子衍射实验中观察到这种结构，作为Cu（111）表面重构，可以由超高温氧分子束诱导。利用密度泛函理论计算结合\textit{ab initio}原子热力学和Boltzmann统计力学，我们发现所提出的氧化物超结构确实是亚稳态的，并且“8”结构的布居与已知的Cu（111）上的“29”和“44”氧化物膜结构是竞争性的。结果表明，“8”型结构的第一层和第二层中O和Cu原子的构型与Cu $_2$ O（110）的前两层中的原子排列非常相似，但“8”型结构中的原子更为狭窄. Cu $_2$ O（110）在文献中被认为是最活跃的低折射率晶面，用于光照射下的水分解等反应。如果“8”-结构在催化过程中形成，那么它可能是反应相之一。
2014-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Stability of boron-doped graphene/copper interface: DFT, XPS and OSEE studies
研究了通过含有硼源的鼓泡器使用两种不同流量的Ar合成的两种不同类型的硼掺杂石墨烯/铜界面。X射线光电子能谱（XPS）和光激电子发射（OSEE）测量表明，硼掺杂的石墨烯涂层提供了铜基底的高耐腐蚀性，并且碳覆盖层的氧化痕迹很轻。密度泛函理论计算表明，对于替代型（石墨型）硼缺陷的情况，只有硼杂质附近的氧化在能量上是有利的，而空位的产生会导致铜衬底的氧化在能量上是不利的。在该区域的非石墨硼缺陷氧化的情况下，附近的杂质是亚稳态的，其不仅防止氧化，而且制造硼掺杂的石墨烯。氧还原反应的模拟表明，这些材料的高催化性能。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
An Atomic-Scale View of CO and H2 Oxidation on a Pt-Fe3O4 Model Catalyst
金属-载体相互作用经常被用来解释分散在可还原的金属氧化物载体上的金属纳米颗粒的增强的催化活性，但原子尺度的机制很少有人知道。在这里，我们使用扫描隧道显微镜研究Pt 1 -6/Fe 3 O 4模型催化剂暴露于CO，H2，O2，及其混合物，在550 K。CO在簇周边提取晶格氧以形成CO2，在金属氧化物表面产生大孔。H2和O2在金属簇上解离并溢出到载体上。前者产生表面羟基，其与载体反应以解吸水，而原子氧与本体中的Fe反应以产生新的Fe 3 O 4（001）岛。铂的存在是至关重要的，因为它催化已经发生在裸露的氧化铁表面上的反应，但在更高的温度下。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Oxophilic Silver-Based Nanoparticles with Low Pd-Au Loading for Ethanol and Glycerol Electrooxidation in Alkaline Media
University of São Paulo（圣保罗大学）；Aeronautics Technological Institute（航空技术学院）；Federal University of ABC（ABC联邦大学）
研究了氧化倾向银纳米颗粒与少量Pd和Au的电催化活性，用于碱性介质中乙醇和甘油氧化反应，发现AgPd/C和AgPdAu/C催化剂在乙醇氧化反应中表现出更小的电流密度和更负的起始电位，且具有更高的耐久性。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Partial oxidation of Step-Bound Water Leads to Anomalous pH Effects on Metal Electrode Step-Edges
设计用于燃料电池和电解槽等应用的更好的多相催化剂需要从机理上理解电催化反应及其活性对操作条件（如pH）的依赖性。迄今为止，对铂表面电化学性质的意外pH依赖性的令人满意的解释仍然难以捉摸，先前的解释诉诸于多种物质的复杂共吸附，并导致有限的预测能力。这种知识差距表明，这些催化剂的基本性质尚未被理解，限制了系统的改进。在这里，我们使用密度泛函理论（DFT）分析吸附时的电荷和自由能的变化，以建立水吸附在铂阶边缘在很宽的电压范围内，包括双层区域，吸附时约0.2个电子的损失。我们将展示如何解释这种尚未报道的净表面电荷的变化，由于这种水的异常pH值的变化的氢欠电位沉积（Hupd）和零总电荷（PZTC）在已发表的实验数据中观察到的电位。水的这种部分氧化不限于铂金属台阶边缘，并且我们报道了水在常用催化金属（包括铜、银、铱和钯）的金属台阶边缘上的电荷，说明水的这种部分氧化广泛地影响金属电极的反应性。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
CaCd$_2$P$_2$: A Visible-Light Absorbing Zintl Phosphide Stable under Photoelectrochemical Water Oxidation
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
CaCd$_2$P$_2$是一种可见光吸收的Zintl磷化物，通过光稳定化表面转化在光电化学水氧化中表现出稳定性，为低带隙半导体应用提供了新思路。
2025-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Kinetics for Operando Electron Microscopy of Catalysts: 3D Modeling of Gas and Temperature Distributions During Catalytic Reactions
$\textit{In situ}$环境透射电子显微镜（ETEM）是观察反应条件下多相催化剂中发生的结构修饰的有力工具。然而，为了加强催化剂结构和功能之间的联系，必须进行$\textit{operando}$测量，其中同时测定反应动力学和催化剂结构。为了确定气相催化的化学动力学，有必要开发一个可靠的化学工程模型来描述ETEM单元内的催化以及热量和质量传输过程。在这里，我们建立了一个有限元模型，以确定在催化过程中的气体和温度分布在一个开放的细胞operando ETEM实验。该模型被应用到一个$SiO_2$负载Ru催化剂进行CO氧化。在25 - 350 °C的温度范围内，模拟的组成与实验测量的组成之间实现了良好的一致性。一般来说，对于较低的转化率，模拟表明，温度和气体在催化剂所在的TEM支架的热区内是相对均匀的。气体和温度的均匀性表明ETEM反应器系统的行为接近连续搅拌釜反应器的行为。大程度的气相均匀性还允许使用电子能量损失光谱法估计电池中反应物的催化转化率在10%以内。此外，研究结果表明，对于反应物转化率低于30%，可以可靠地评估在TEM网格上成像的催化剂纳米颗粒的稳态反应速率。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
The steady-state of heterogeneous catalysis, studied by first-principles statistical mechanics
用从头算统计力学计算了CO在RuO_2（110）上催化氧化的转化率随温度和分压的变化。用全电子密度泛函理论计算了气相分子的离解、吸附、表面扩散、表面化学反应和脱附过程。由此产生的CO2形成速率[在整个（T，p_CO，p_O2）空间]，显示原子运动和反应随时间变化的电影，从皮秒到秒，统计分析提供了对控制非均相催化和开放热力学系统的协同作用的见解。
2004-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Bulk OsO2 Single Crystals: Superior Catalysts for Water Oxidation
Beihang University（北京航空航天大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）
本研究发现块体 OsO₂ 单晶体在水氧化反应中表现出优异催化性能，优于商用 RuO₂ 纳米粉，挑战了纳米尺度的普遍适用性。
2026-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
ChatMOSP: A Chemistry-Grounded Mobile Agent for Working-State Catalyst Simulations
Key Laboratory of Interfacial Physics and Technology, Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海应用物理研究所界面物理与技术重点实验室）；Photon Science Research Center for Carbon Dioxide, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高级研究院二氧化碳光子科学研究中心）；State Key Laboratory of Low Carbon Catalysis and Carbon Dioxide Utilization, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高级研究院低碳催化与二氧化碳利用国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
提出ChatMOSP，一个基于化学的移动科学智能体，通过多尺度操作模拟包将自然语言和语音表达的催化请求转化为参数验证的模拟，实现催化剂工作状态的可访问和可解释模拟。
2026-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.class-ph
A High-Dimensional Neural Network Potential for Co$_3$O$_4$
针对Co₃O₄尖晶石原子级势函数构建难、模拟尺度受限的问题，本研究基于密度泛函理论计算，采用高维神经网络势构建了其机器学习势，验证后计算了该材料的多种性质及温度依赖行为。
2024-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Recent Advances on Transition-Metal-Based Layered Double Hydroxides Nanosheets for Electrocatalytic Energy Conversion
本文综述了过渡金属基层状双氢氧化物纳米片作为电催化剂的设计策略，系统阐述了其在析氧、析氢等多种电催化反应中的应用机制，并讨论了当前面临的挑战与未来前景。
2024-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Materials genes of heterogeneous catalysis from clean experiments and artificial intelligence
多相催化是复杂材料功能的一个例子，由几个过程的复杂相互作用控制，例如，不同的表面化学反应和催化剂材料在反应条件下的动态重构。通过第一性原理统计力学模拟整个催化过程是不切实际的，如果不是不可能的话。相反，我们在这里展示了如何应用定制的人工智能方法，即使是少量的材料，来模拟催化并确定关键的描述性参数（“材料基因”），反映触发，促进或阻碍催化剂性能的过程。我们从一个一致的实验组的“干净的数据”，包含九个钒基氧化催化剂。根据标准化方案合成、充分表征和测试这些材料。通过应用符号回归SISSO方法，我们确定了几个最相关的材料性能和它们的反应性之间的相关性。这种方法突出了潜在的物理化学过程，并加速了催化剂设计。
2021-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Selectivity- and Activity-Aware Catalyst Descriptors for CO$_2$ Hydrogenation on Alloy Nanocatalysts using Machine-Learned Force Fields
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Aalto University（阿尔托大学）
本文提出一种基于机器学习力场的改进框架，用于预测催化活性并分析选择性，通过分析不同晶面的吸附能分布，识别出高活性和甲醇选择性晶面，为高选择性CO₂氢化提供实验验证。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
In situ and operando laboratory X-ray absorption spectroscopy at high temperature and controlled gas atmosphere with a plug-flow fixed-bed cell
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Helmholtz-Zentrum Berlin（柏林亥姆霍兹中心）
本文展示了一种插流固定床反应器在原位研究异相催化剂中的能力，通过实验室X射线吸收光谱与von Hamos光谱仪结合，可在高温高压下进行氧化和纳米颗粒演化研究，同时利用在线GC量化催化活性。
2026-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
