实例1：铋基半导体材料作为光催化剂 近年来，铋基半导体材料被认为是一种潜在的绿色减排技术。为了克服Bi4NbO8Cl半导体中电子和空穴快速复合的缺点，我们通过发展异质结构对Bi4NbO8Cl半导体进行了改性。采用水热法原位合成了含Bi4NbO8Cl的Bi2S3量子点，并用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）对其进行了表征。采用Bi2S3/Bi4NbO8Cl异质结构，具有较宽的光吸收区和较低的复合效率，在可见光照射下对有机污染物（罗丹明B，Rh-B）进行光降解。与Bi4NbO8Cl和Bi2S3相比，由于原位合成的Bi2S3量子点能够有效地分离光诱导的电子-空穴对并抑制它们的复合，因此对Rh-B的光催化降解能力更强。此外，DFT数据进一步解释了Bi2S3/Bi4NbO8Cl的界面性质，为新型光催化剂的设计提供了独特的思路，从而促进了其在工业上的潜在应用。 Qu, X., et al. In-situ synthesis of Bi2S3 quantum dots for enhancing photodegradation of organic pollutants. Applied Surface Science, 2020, 501, 144047 实例2：3R-delafossite-CuGaO2合成和光催化性质系列研究 本研究采用简单的低温水热法制备了高结晶度、单相的3R-delafossite-CuGaO2样品。通过实验研究了高锰酸钾的物理化学性质。通过一系列的表征、分析、（光）电化学和光催化活性测试，制备的CuGaO2样品具有产氢和高效光催化降解盐酸四环素（TCH）的潜力。此外，CuGaO2光电极具有长期稳定性和较大的光电流密度。这些观察结果表明，3R-delafossite-CuGaO2是一种潜在的可见光驱动光催化剂。最后，讨论了3R-delafossite-CuGaO2光催化剂可能的突破方向。 Zhao, Q.-M. et al. Delafossite CuGaO2 as promising visible-light-driven photocatalyst: synthesize, properties, and performances. Journal of Physics D: Applied Physics, 2020, 53, 135102 作为高温氧化的一种替代方法，本研究展示了一种基于非平衡水热合成的方法来将过量的O插入3R的delafossite-CuFeO2中。在较低的温度下，或在水热反应的初始阶段，由于水热过程中丙醛的不完全还原，在自组装块层之间残留了大量过量的O。本文在实验观察和理论计算的基础上，不仅证实了过量O的存在并量化了过量O的浓度，而且建立了非化学计量比CuFeO2+δ的生成机理。通常，用常规水热法制备的高结晶度CuFeO2+δ只含有低水平的过量O，但本研究表明，采用微波辅助水热反应可以缓解这一问题。利用密度泛函理论计算了CuFeO2+δ应具有半金属铁磁性和多能隙。通过系统的实验表征和理论计算，阐明了过量氧对材料微观结构的显著影响，同时提高了CuFeO2的电学、光学和电化学性能。由于这些改进，这种材料适用于提高太阳能转化率。光电化学实验和光催化性能的数据证实了这些性质，表明非化学计量比的3R-delafossite CuFeO2+δ化合物在太阳能转化中具有潜在的应用前景。 Liu, Q.-L., et al .Fundamental properties of delafossite […]

实例1：QuantumATK亮点文章：澄清电催化反应机理(Nano Energy 2019) 研究提出了一种新的方法，即单电极非平衡表面格林函数（OPNS）来解释催化反应机理，特别是碘还原反应（IRR）机理的长期争议问题。借助于OPNS克服了基于自由能图和理论板模型的传统方法的局限性，我们清楚地阐明了IRR遵循一个连续的机制，即依赖于外加电场接近I2分子的构型偏好控制IRR机制。在还原电位下，I2分子更倾向于垂直构型（I2V）而不是平行构型（I2P），这导致了I原子在随后解吸的单个I原子上的不对称电荷积累而顺序还原的连续机制。此外，我们还为催化活性评价提供了新的令人信服的描述因子，还原过程与代表部分还原能力的电场强度之间的线性关系斜率，以及完全还原所需最小电位的阈值电场。 实例2：二维量子点作为OER反应催化剂 开发一种活性高、丰度高、廉价的析氧反应催化剂是一项非常有用的工作，也是巨大的挑战。本项研究通过实验和第一性原理计算相结合，证明了MoS2量子点（MSQDs）是OER的有效材料。我们用简单的方法在水介质中从单一前驱体合成了MSQDs，避免了不需要的碳量子点（CQDs）的形成。与最新的IrO2/C催化剂相比，合成的MSQDs具有更高的OER活性和较低的Tafel斜率。MSQDs的电位循环激活了表面，改善了OER催化性能。密度泛函理论计算表明，MSQD顶点是反应活性的，并且边缘的空位也促进了反应，这表明边缘有缺陷的小鳞片对OER是有效的。CQDs的存在影响反应中间体的吸附，并显著抑制MSQDs的OER性能。我们的理论和实验结果为MSQDs的合成过程及其催化性能提供了重要的见解，并为OER应用中的催化剂性能调整提供了有希望的途径。 详见：Mohanty, B., et al. MoS2 Quantum Dots as Efficient Catalyst Materials for the Oxygen Evolution Reaction. ACS Catalysis, American Chemical Society (ACS), 2018, 8, 1683-1689 实例3：用于燃料电池质子交换膜的氧化石墨烯负载Pd-Fe催化剂 本文报道了氧化石墨烯（GO）负载钯（Pd）-铁（Fe）纳米杂化物作为新一代质子交换膜燃料电池（PEMFCs）电催化剂的实验实现和计算验证。本实验以氧化石墨烯为催化剂，通过氯化钯和氯化铁的热氧化反应，在原位顺流还原的条件下掺杂钯和铁，得到了GO-Pd-Fe纳米杂化物。随后用拉曼光谱、红外光谱、紫外-可见光谱、XRD、SEM、EDS、TEM和HRTEM对这些纳米杂化物进行了表征。此外，基于密度泛函理论（DFT）和半经验Grimme-DFT-D2校正的第一性原理计算也得到了支持。计算结果揭示了过渡金属团簇吸附后石墨烯的电子性质从零带隙到金属/半金属性质的变化。此外，石墨烯表面的缺陷位由于其较强的结合能而比原始位更有利于过渡金属的吸附。电化学研究表明，GO-Pd-Fe纳米杂化催化剂（Pd:Fe=2:1）具有良好的催化活性和较高的电化学表面积（58.08 m2/g Pd–Fe）−1，比市售的电化学表面积为37.87 m2/（g Pt）−1高。 Dhali, S. et al. Graphene oxide supported Pd-Fe nanohybrid as an efficient electrocatalyst for proton exchange membrane fuel cells. International […]

实例1：过渡金属掺杂CeO2作为CO-SCR脱硝反应的催化剂（Appl. Surf. Sci., 2021） 作者将 CeO2 用于催化 CO-SCR 脱硝，并引入了过渡金属（TMs）来调节 CeO2 的催化性质。本工作包括：实验合成了 TM–CeO2 样品的结构和这些样品的对 CO–SCR 的催化性能；用 QuantumATK 中的密度泛函理论（DFT）方法阐明了催化剂样品的反应性和选择性；详细报道了催化反应途径，构建了过渡态势能曲线；分析了影响 TM-CeO2（111）表面 CO-SCR 反应的主要因素，讨论了N2O 竞争解吸的选择性。 详见：QuantumATK亮点文章：过渡金属掺杂CeO2作为CO-SCR脱硝反应的催化剂（Appl. Surf. Sci., 2021） 实例2：Click Chemistry的二维材料——金属纳米粒子催化剂 本研究设计了氮掺杂还原氧化石墨烯（NRGO）稳定化的铜纳米粒子用来辅助Cu（I）催化的Huisgen[3+2]环加成“Click”化学（CuAAC）。本研究为大分散非均相催化剂（NRGO/Cu2O）的合成提供了一条稳健的路线，在不添加任何添加剂（氧化还原剂）的情况下，实现了CuAAC的低温合成，具有较高的稳定性和可回收性。文章中用DFT计算分析了其基本机理，证实了实验结果。 详见：Sanka, R. V. S. P., et al. Nitrogen-doped graphene stabilized copper nanoparticles for Huisgen [3+2] cycloaddition “click” chemistry. Chemical Communications, 2019, 55, 6249-6252 QuantumATK在催化研究中的特色功能 QuantumATK应用：催化机理与催化剂筛选 QuantumATK在催化中的应用介绍 QuantumATK在催化研究中的应用案例（一）（本文） QuantumATK在催化研究中的应用案例（二）电催化 […]