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第一性原理计算研究γ'-Co3(V,M)(M=Ti,Ta)相的结构稳定性、力学和热力学性质

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物理学报 2024年第8期73卷 261-272页

作者：袁文翎姚碧霞李喜胡顺波任伟上海大学材料基因组工程研究院上海200444 上海大学高品质特殊钢冶金与制备国家实验室上海200444 上海交通大学上海市先进高温材料及精密成形重点实验室上海200240 上海大学文化遗产保护基础科学研究院上海200444 上海大学物理系量子与分子结构国际中心上海200444

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法并结合准谐德拜模型,对Co基高温合金中γ'-Co_(3)(V,M)(M=Ti,Ta)相的结构稳定性、热力学性质以及有限温度下的力学性质进行了系统的研究和讨论.结果表明,γ'-Co_(3)(V,M)相能以L12结构稳... 详细信息

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法并结合准谐德拜模型,对Co基高温合金中γ'-Co_(3)(V,M)(M=Ti,Ta)相的结构稳定性、热力学性质以及有限温度下的力学性质进行了系统的研究和讨论.结果表明,γ'-Co_(3)(V,M)相能以L12结构稳定存在,其具有良好的抵抗变形的能力.γ'-Co_(3)(V,Ti)相的热力学性能对温度的敏感性要大于γ'-Co_(3)(V,Ta)相,且γ'-Co_(3)(V,M)相具有高温稳定性.在有限温度下,随着温度的升高,γ'-Co_(3)(V,M)相由塑性材料向脆性材料过渡转变,而且,除了硬度性能有所提升外,γ'-Co_(3)(V,MM=Ti,Ta)相的力学性能均呈下降趋势.

关键词：高温合金第一性原理结构稳定性热力学性质

Fe稳固的FeOOH@NiOOH电催化剂的大电流极化设计与析氧研究

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 254-264页

作者：吕青芸张伟伟龙志鹏王建涛邹星礼任伟侯龙鲁雄刚赵玉峰余兴李喜上海大学先进特种钢国家重点实验室上海200444 上海交通大学上海高温先进材料及精密成形技术重点实验室上海200240 上海大学量子分子结构国际中心和材料基因组工程研究院上海200444 上海大学可持续能源研究所和化学系上海200444

电解水技术是制取高纯度氢气的有效途径,为传统的氢气生产提供了一种可持续的替代方案.其中,开发性能优异的电催化材料是降低电解水制氢成本的关键.析氧反应(OER)由于涉及多个电子转移而导致的动力学缓慢,是克服高过电位的主要挑战.镍... 详细信息

电解水技术是制取高纯度氢气的有效途径,为传统的氢气生产提供了一种可持续的替代方案.其中,开发性能优异的电催化材料是降低电解水制氢成本的关键.析氧反应(OER)由于涉及多个电子转移而导致的动力学缓慢,是克服高过电位的主要挑战.镍铁羟基/氢氧化物(NiFe(oxy)hydroxides)是近期研究的热点,其在碱性条件下具有极低的OER过电位,部分材料性能甚至超过了贵金属基催化剂,如IrO_(2)和RuO_(2).然而,NiFe(oxy)hydroxides的长期催化稳定性,尤其是在大电流下的长期催化稳定性,成为限制其实际应用的主要问题,这主要是由于铁元素的严重流失导致的.因此,如何有效控制和利用电化学溶解/沉积动力学成为稳定铁位点的关键.为克服该挑战,本文提出了一种大电流极化重构方法来固定活性铁位点.通过在大电流(1.5 A cm^(-2))下对材料进行表面快速极化重构,成功制备了FeOOH@NiOOH(eFNO_(L))电催化剂.eFNO_(L)不仅具有稳定的铁位点,还暴露出高指数晶面,因此eFNO_(L)同时展现出较好的OER催化活性和稳定性.同时,密度泛函理论计算结果表明,与具有低指数晶面的FeNiOOH相比,大电流极化工程制备的分相eFNO_(L)对铁位点表现出更高的结合能,可以有效抑制OER过程中的铁流失,且高指数晶面在改变速率决定步骤和减少吸附能垒上具有更大的优势.电化学测试结果表明,经过优化后的eFNO_(L)催化剂在产生100和500 mA cm^(-2)大电流密度仅需234和27 mV的过电位,并且具有较小的Tafel斜率(35.2 mV dec^(-1)).由于铁位点结合能的提高,eFNO_(L)催化剂在500 mA cm^(-2)的电流密度下能够稳定催化超过100 h,且仅有1.5%的性能衰减,优于近期报道的大多数镍铁基OER催化剂.综上,本文为开发高活性和高稳定性能的催化剂提供了一种有效的大电流电化学重构策略,在电解水制氢领域实现其工业化的大规模应用方面显示出巨大潜力,有望降低可持续电解水制氢成本.

关键词：析氧反应 FeOOH@NiOOH 大电流极化重构高指数晶面铁位点固定

第一性原理计算研究γ'-Co(V， M) (M = Ti， Ta)相的结构稳定性、力学和热力学性质

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物理学报 2024年

作者：袁文翎姚碧霞李喜胡顺波任伟上海大学物理系量子与分子结构国际中心上海交通大学上海市先进高温材料及精密成形重点实验室上海大学高品质特殊钢冶金与制备国家实验室上海大学材料基因组工程研究院上海大学文化遗产保护基础科学研究院

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法并结合准谐德拜模型，对Co基高温合金中γ’-Co3(V， M) (M=Ti， Ta)相的结构稳定性、热力学性质以及有限温度下的力学性质进行了系统的研究和讨论。结果表明，γ’-Co3(V， M)相能以L12... 详细信息

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法并结合准谐德拜模型，对Co基高温合金中γ’-Co3(V， M) (M=Ti， Ta)相的结构稳定性、热力学性质以及有限温度下的力学性质进行了系统的研究和讨论。结果表明，γ’-Co3(V， M)相能以L12结构稳定存在，其具有良好的抵抗变形的能力，且是一种塑性相。γ’-Co3(V， Ti)相的热力学性能对温度的敏感性要大于γ’-Co3(V， Ta)相，且γ’-Co3(V， M)相具有高温稳定性。在有限温度下，随着温度的升高，γ’-Co3(V， M)相由塑性材料向脆性材料过渡转变，而且，除了硬度性能有所提升外，γ’-Co3(V， M) (M = Ti， Ta)相的力学性能均呈下降趋势。

关键词：高温合金第一性原理结构稳定性热力学性质

基于极化力场的典型分子铁电体分子动力学模拟研究

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Chinese Journal of Chemical Physics 2023年第1期36卷 75-84,I0022-I0024,I0002页

作者：王睿宁徐锋桂雄飞李永乐上海大学物理系上海200444 上海大学量子与分子结构国际中心上海200444 上海大学上海市量子与超导新物态前沿科学研究基地上海200444

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点、本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发... 详细信息

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点、本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发的包含量子电极化效应的极化晶体电荷模型,非常适用于研究分子铁电材料.本文对典型的分子离子铁电体,二异丙基卤化铵(DIPAX,X=C(C1),B(Br)和I(I))以及两种新开发的有机分子铁电体(亚水杨基苯胺以及(-)-樟脑酸)共五个体系进行了模拟.研究结果表明基于极化晶体电荷的分子动力学具有高效性和可靠性,它不仅阐明了所研究的分子铁电体的铁电翻转机制,而且扩展了极化晶体电荷的分子动力学的应用范围.总之,极化晶体电荷的分子动力学方法在利用计算机模拟分子铁电体的铁电特性和相关机制的研究中提供了-种有效的手段,也将促进对新型分子铁电体的进一步探索.

关键词：分子铁电体极化电荷分子动力学模拟现代极化理论

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糖动态修饰与生物识别的原位化学探测

中国科学：化学 2024年第5期54卷 716-725页

作者：胡习乐贺晓鹏华东理工大学化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室上海200237 中国人民解放军海军军医大学国家肝癌科学中心 “肝癌分子网络调控与靶向干预”教育部重点实验室上海市肝胆肿瘤生物学重点实验室上海200438

随着人类基因组学与蛋白质组学的蓬勃发展,人类糖组学解码成为了21世纪至关重要的科学命题.然而适用于糖组学研究,尤其是能在活细胞原位精细探测糖生物学信息动态变化的高效、通用化学工具仍相对稀缺.作者团队长期致力于糖动态修饰(生... 详细信息

随着人类基因组学与蛋白质组学的蓬勃发展,人类糖组学解码成为了21世纪至关重要的科学命题.然而适用于糖组学研究,尤其是能在活细胞原位精细探测糖生物学信息动态变化的高效、通用化学工具仍相对稀缺.作者团队长期致力于糖动态修饰(生物分子糖基化与去糖基化)和糖介导生物识别(糖与凝集素或其它生物分子选择性相互作用)的原位示踪,发展了多种荧光分子探针原型,实现了上述糖生物学过程的动态探测与免标记高通量筛选.本文将系统介绍上述可用于糖生物学研究的全新化学技术原理,及其在凝集素、病毒、细菌以及哺乳动物细胞等不同结构尺度研究模型上的实用范例,最终提出该类技术方法的后续发展方向.

关键词：化学生物学糖组学荧光探针动态原位活细胞

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机器学习辅助的高通量实验加速硬质高熵合金CoxCryTizMouWv成分设计

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中国材料进展 2020年第4期39卷 269-277页

作者：王炯肖斌刘轶上海大学材料基因组工程研究院上海200444 上海大学物理系量子与分子结构国际中心上海200444

针对目标性能的多元合金成分设计因具有巨大的成分参数空间而极具挑战,而且传统的试错实验由于效率低能探索的合金成分有限。提出利用高通量实验结合机器学习方法加速非等摩尔比的硬质高熵合金Co x Cr y Ti z Mo u W v的成分设计。首先... 详细信息

针对目标性能的多元合金成分设计因具有巨大的成分参数空间而极具挑战,而且传统的试错实验由于效率低能探索的合金成分有限。提出利用高通量实验结合机器学习方法加速非等摩尔比的硬质高熵合金Co x Cr y Ti z Mo u W v的成分设计。首先通过自主研发的全流程高通量合金制备系统制备了138个不同成分的高熵合金铸态样品。然后根据测量的维氏硬度(HV)数据,使用随机森林法和支持向量机法进行机器学习建模,并预测了五元合金体系内潜在的3876个不同成分合金的硬度。随机森林机器学习模型的预测结果在高(HV>800 MPa)、中(600研究结果表明,高通量实验与机器学习相结合可使多元合金成分优化效率提高百倍以上。此外,建议未来研究应在“机器学习”基础上加强“向机器学习”,在更高层次上获得新的专业知识认知。

关键词：高通量实验机器学习高熵合金硬度

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二维少层钙钛矿物性的研究进展

山西大学学报(自然科学版) 2022年第3期45卷 723-733页

作者：任伟许少文程晋荣贾帆豪上海大学物理系上海大学量子与分子结构国际中心上海大学材料科学与工程学院

随着近年实验技术的进展，一系列稳定的自支撑少层钙钛矿体系(包括氧化物钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿)被成功制备，为设计二维多功能材料提供了巨大的机遇。文章将简略地回顾水溶性牺牲层外延和远程外延两种原子层级精确的生长技术，然... 详细信息

随着近年实验技术的进展，一系列稳定的自支撑少层钙钛矿体系(包括氧化物钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿)被成功制备，为设计二维多功能材料提供了巨大的机遇。文章将简略地回顾水溶性牺牲层外延和远程外延两种原子层级精确的生长技术，然后从第一性原理计算角度，聚焦其电子结构和几何结构性质，论述钙钛矿在二维少层情况下所表现出的一系列新奇特征和丰富物性。最后总结这些凝聚态物质表现出的复杂性和存在的普遍性，展望其在量子输运、光电和介电等领域的潜在应用。

关键词：少层氧化物钙钛矿少层有机无机杂化钙钛矿晶格结构性质电子结构性质

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钙钛矿型氧化物非常规铁电研究进展

物理学报 2018年第15期67卷 48-60页

作者：赵国栋杨亚利任伟上海大学理学院物理系上海大学材料基因组工程研究院上海大学量子与分子结构国际中心上海市高温超导重点实验室上海200444

钙钛矿型氧化物因具有丰富的磁性、铁电、力学和光学等诸多功能属性,在电子信息通信材料器件领域中有广阔的应用前景.在各种物理性质之中,铁电极化因其产生机制多样,并能与磁性和晶格应变相互耦合形成多铁性等特点,近十多年来一直被作... 详细信息

钙钛矿型氧化物因具有丰富的磁性、铁电、力学和光学等诸多功能属性,在电子信息通信材料器件领域中有广阔的应用前景.在各种物理性质之中,铁电极化因其产生机制多样,并能与磁性和晶格应变相互耦合形成多铁性等特点,近十多年来一直被作为凝聚态物理研究的国际热点问题.与以自发极化作为初级序参量的常规铁电材料不同,非常规铁电材料中的铁电极化是被其他的序参量诱导而产生的.本综述围绕无机钙钛矿型氧化物非常规铁电体的研究进展进行了总结.回顾了该体系经典唯象理论和原子尺度的微观模型,有序排列的人工钙钛矿超晶格型结构,以及稀土正铁氧体单晶的反铁磁畴壁结构中非常规铁电的极化强度大小及其诱导机制,为系统理解非常规铁电提供了理论途径.

关键词：钙钛矿非常规铁电超晶格反铁磁畴壁

基于极化力场的典型分子铁电体分子动力学模拟研究（英文）

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Chinese Journal of Chemical Physics 2023年第1期 75-87页

作者：王睿宁徐锋桂雄飞李永乐上海大学物理系上海大学量子与分子结构国际中心上海大学上海市量子与超导新物态前沿科学研究基地

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点.本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发... 详细信息

分子铁电体是一类具有较高应用前景的铁电材料,具有环境友好性、灵活性和低成本等优点.本文通过基于极化晶体电荷的分子动力学方法模拟了一组典型的分子铁电材料.根据模拟结果,阐明了它们的铁电翻转机理及其磁滞回线.本课题组近期开发的包含量子电极化效应的极化晶体电荷模型,非常适用于研究分子铁电材料.本文对典型的分子离子铁电体,二异丙基卤化铵(DIPAX,X=C(Cl),B (Br)和I(Ⅰ))以及两种新开发的有机分子铁电体(亚水杨基苯胺以及(-)-樟脑酸)共五个体系进行了模拟.研究结果表明基于极化晶体电荷的分子动力学具有高效性和可靠性,它不仅阐明了所研究的分子铁电体的铁电翻转机制,而且扩展了极化晶体电荷的分子动力学的应用范围.总之,极化晶体电荷的分子动力学方法在利用计算机模拟分子铁电体的铁电特性和相关机制的研究中提供了一种有效的手段,也将促进对新型分子铁电体的进一步探索.

关键词：分子铁电体极化电荷分子动力学模拟现代极化理论