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【封面故事】西工大千人计划教授Oganov团队计算发现的新型TiN2催化剂获实验证实

作者:曾庆丰 于树印  来源:材料学院  发布时间:2016年05月11日 08:26  

西工大新闻网5月11日电 曾庆丰 于树印)日前,我校千人计划教授Oganov团队计算发现的新型TiN2催化剂获实验证实,这一发现为富氮的钛金属化合物应用于高效能催化剂提供了新材料,并为富氮化合物的计算发现与性能表征提供了新思路。

过渡金属氮化物在氨的合成与分解、加氢精制等许多涉氢反应中都表现出良好的催化活性,从而改善石化产品品质,提高产品稳定性及延长发动机等设备使用寿命,减少环境污染。其性能可与Pt和Rh等贵金属催化剂相媲美,被誉为“准铂催化剂”,但是其制取工艺过程更清洁高效,价格更低廉,已成为清洁能源领域重点发展的高效催化剂,其中氮元素与金属元素化学计量比大于1:1的富氮化合物倍受关注。

为了加速该类材料的快速发现,西北工业大学千人计划教授Artem Oganov团队通过一种独创的量子力学进化算法,计算发现了新型的TiN2化合物(空间群I4/mcm,CuAl2型结构),该成果于2015年发表在英国皇家化学协会的《Physical Chemistry Chemical Physics》杂志上(Shuyin Yu, Qingfeng Zeng, Artem R. Oganov, Gilles Frapper and Litong Zhang. Phase stability, chemical bonding and mechanical properties of titanium nitrides: a first-principles study. PCCP, 2015, 17(17):11763-11769. 文章链接:http://pubs.rsc.org/is/content/articlehtml/2015/cp/c5cp00156k)。

最近,该化合物被华盛顿卡内基研究所Venkata S. Bhadram课题组实验证实,并能在常温常压下稳定存在,该成果推翻了Kulkarni等人先前提出的晶体结构,发表在美国化学协会的《Chemistry of Materials》杂志上(Venkata S. Bhadram, Duck Y. Kim and Timothy A. Strobel. High-pressure synthesis and characterization of incompressible titanium pernitride. Chem. Mater., 2016, 28:1616-1620. 文章链接: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.6b00042 )。

该研究的第一完成人为西北工业大学2013级直博研究生于树印,师从张立同院士。他同时在Artem Oganov教授、曾庆丰副教授和法国普瓦捷大学化学系的Gilles Frapper副教授指导下,在超导、超硬和高压化学领域发现了诸多材料新相,在《Scientific Reports》、《Journal of Physical Chemistry C》和《Physical Chemistry Chemical Physics》等国际著名杂志上发表多篇学术论文。

计算发现的TiN2结构与实验结构X衍射谱对比

计算发现的其他Ti-N化合物的晶体结构与电子结构

Artem Oganov教授为西北工业大学千人计划特聘教授,于2012年受聘于该校材料学院,担任西北工业大学材料基因组国际合作研究中心主任。2013年4月入选俄罗斯Mega Grant巨额资助计划,11月当选美国矿物学会会士。2015年12月当选为俄罗斯科学院荣誉教授。发表学术论文170多篇,包括Nature、Science、Nature Chemistry、Nature Materials、Accounts of Chemical Research、PNAS和PRL等世界顶级刊物,科学网引用次数6500余次,H因子41。由他主导开发的USPEX晶体结构预测算法及软件能够基于能量、力学和功能性质直接由化学元素周期表预测团簇、表面、块材、分子晶体、变成分结构、相变路径和相图。世界上有2000多个研究者(组)在采用该软件开展材料研发工作。他带领着西工大计算材料发现团队开展了大量创新工作,该团队发现的诸多结构与功能材料将不断被实验证实,为新型器件与产品的革新起到关键作用。

(审稿:陈仲昌 编辑:田庆青)

关于开展“封面故事”系列宣传的通知:http://www.nwpu.edu.cn/info/1003/16376.htm

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