PDF《段志遥现工作单位及职位 德州大学奥斯汀分校化学系博士后_...》

姓名段志遥 性别男出生年月

1983 年8月照片 出生地 大连 婚姻状况 已婚 政治面貌 群众 国籍中国 从事专业 计算催化 现工作单位及职位 德州大学奥斯汀分校化学系博士后 人事关系所在单位 无 学习及工作经历: (从大学开始填,内容包括时间、单位、学位、所学专业、从事专业、专业技术 职务情况,时间段要连续,准确到月份) 2002-2006 武汉大学物理系 应用物理专业 学士学位 2006-2009 武汉大学物理系 凝聚态物理专业 硕士学位 2009-2013 匹兹堡大学材料科学与工程系 材料科学专业 博士学位

2013 至今 德克萨斯大学奥斯汀分校化学系 博士后 主要学术成就、科技成果及创新点: 我的科研主要集中在用多尺度计算方法研究催化剂的结构和催化的反应机理,建立催化剂结 构和性质(包括活度、选择性、稳定性等)之间的关系,以求解释实验中观察到的现象并进行一 定程度的预测来为实验指出方向.

目前为止,我的研究领域包括几个大的方向: 铂合金可以提高铂催化剂对氧气还原反应(ORR)的催化活度和稳定性.催化性质的提高和合金的 表面结构直接相关.由于表面偏析(surface segregation)和表面有序(surface ordering)等 效应的影响,合金的表面的元素组成和排列会和体结构会有很大的不同.实验上对合金催化剂表 面结构的表征很难达到原子精度.在该项目中,我开发了描述多个铂合金原子间相互作用的经验 势能,并利用蒙特卡洛模拟(MC)来研究铂合金表面的结构.通过该方法,可以对合金的表面结 构达到原子细节上的认知.从而理解合金对催化性质的影响.研究过的体系有 Pt-Ti, Pt-Co, Pt-Fe, Pt-Pd 和Pt-Au.下面简单介绍一下该项目的部分结果. 1. 用蒙特卡洛方法表征合金催化剂的表面结构(发表文章

4 篇,引用数 87) 实验上 Pt3Co 和Pt3Fe 合金都会提高纯 Pt 催化剂的活度.在这两种合金中,Pt 有很强的表面偏 析倾向.当Pt 在合金中的组分高于 75%时,合金表面会形成一层纯 Pt 层,而第二层会富集 Co 或Fe. 由于这种表面结构, 第二层的 Co 或Fe 会改变第一层 Pt 的电子结构, 使得 O 原子的吸附变弱, 从而提高 ORR 反应的速率.纯Pt 表面也会保护第二层的 Co 或Fe,避免它们被氧化. 实验上发现在 Pt 里掺杂少量的 Au 会提高 Pt 催化剂的稳定性.通过模拟发现,Pt 纳米颗粒在氧 化性的电化学环境中(高酸度高电势)会逐渐溶解.Pt 的溶解从 Pt 纳米颗粒表面上的低配位数 的位置开始.而掺杂的 Au 会有很强的表面偏析从而占领这些表面上低配位数的位置.因为 Au 很 难被氧化溶解,所以保护了这些低配位数的位置,避免纳米颗粒催化剂的溶解. 在上一个项目中在,我表征了铂合金催化剂的表面结构.在该结果的基础上,我进一步用密度泛 函理论(DFT)研究了 ORR 在铂合金表面上的反应机理.通过对反应机理的研究解释了为什么铂合 金催化剂(Pt3Ni, Pt3Co, Pt3Fe, Pt3Ti)的催化效率要高于纯铂催化剂. 2. 铂合金上ORR反应机理(发表文章

3 篇,引用数 105) 通过计算发现纯铂表面上会形成吸附的氧原子,而由于氧原子的吸附比较强,氧原子的还原有比 较高的能垒是 ORR 反应的决速步.在合金表面上,由于第二层的 3d 过渡金属和纯铂表面的相互作 用,使得反应中间体在表面的吸附变弱.使得氧原子的还原变得更容易从而提高了催化效率.不 仅如此,在合金表面上,吸附的氧气还有可能直接形成过氧化氢,从而避免了形成吸附较强的氧 原子,这会使得决速步改变、能垒大大降低. 另外我还发现,第二层 3d 过渡金属的影响的强弱和晶面有很强的关联.在(111)表面上,过渡 金属对表面 Pt 的电子结构的影响要远远大于在(100)上的影响.通过计算发现,反应中间体的 吸附能在纯铂和合金表面并没有很大的变化.ORR 的反应决速步和能垒也保持不变.这种掺杂效 果对晶面结构的依赖和实验结果一致. 此外,我还编写了动力学蒙特卡洛(KMC)程序.KMC 以DFT 计算的基本反映步最为输入,研究众 多基本反应之间相互竞争相互协作的动态过程.在纯铂表面,KMC 计算显示氧原子会在铂表面上 积累,阻碍了反应的进行.而铂合金表面基本保持干净,从而有更高的催化活性. 金纳米颗粒/氧化物催化剂可以在低温下催化 CO 氧化反应.从发现至今三十多年以来,对该催化 反应的反应机理和反应活性位一直有不同的观点.在最近研究中,我建立了一个更符合实际的原 子模型,对该反应的活性点位和反应机理有新的见解.研究的体系包括 Au/TiO2 和Au/MgO.因为 CO 可以吸附在 Au 纳米颗粒上,对该反应的理解主要着重在 O2 的活化. 3. 金纳米颗粒/氧化物界面上的催化反应机理(发表文章