近日，上海理工大學(xué)理學(xué)院在本科生科研實(shí)踐項(xiàng)目上取得可喜成果。2022級(jí)應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)吳振鵬同學(xué)，在學(xué)院項(xiàng)目支持與張強(qiáng)老師悉心指導(dǎo)下，以第一作者身份在《催化》上（Journal of Catalysis）發(fā)表題為“正/反三明治結(jié)構(gòu)系列工程化多層雙原子催化劑”（Normal/inverse sandwich structure series-engineered multilayer double-atom catalysts featuring bridge-bonded dual-sulfur ligands: Machine learning-driven optimization for oxygen evolution/reduction reaction bifunctional electrocatalysts）的研究性論文。

文章主要內(nèi)容示意圖

針對(duì)具有優(yōu)異OER/ORR活性的類石墨烯碳氮化物單層材料（N4@g-C16N3），張強(qiáng)老師團(tuán)隊(duì)提出通過構(gòu)建雙硫橋接的贗雙層及雙/三/四層正/反三明治結(jié)構(gòu)DACs進(jìn)行維度拓展，以進(jìn)一步釋放其催化潛力。研究融合了密度泛函理論與機(jī)器學(xué)習(xí)，系統(tǒng)研究了從贗雙層至四層共2916種構(gòu)型。

研究發(fā)現(xiàn)，在雙層同核結(jié)構(gòu)中存在6種高活性過渡金屬位點(diǎn)，并據(jù)此構(gòu)建了156種異核雙層構(gòu)型。其中，雙功能催化劑FeN4-S2-AgN4和IrN4-S2-WN4分別表現(xiàn)出最優(yōu)的OER性能和最優(yōu)的ORR性能。軌道分析表明，過渡金屬原子與硫橋的協(xié)同作用通過調(diào)節(jié)成鍵與反鍵電子分布，有效優(yōu)化了氧中間體的吸附自由能。基于此，研究提出了一個(gè)修正的鍵級(jí)描述符，深入揭示了雙層結(jié)構(gòu)的活性機(jī)制。恒電位模擬證實(shí)雙電層對(duì)反應(yīng)能壘具有關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，深化了對(duì)層間耦合與橋接配體協(xié)同機(jī)制的理解，并由此提出了pH依賴的催化優(yōu)化路徑。最后，通過引入簡化結(jié)構(gòu)描述符（φ），增強(qiáng)了機(jī)器學(xué)習(xí)模型的泛化能力，成功將預(yù)測拓展至贗雙層、三層及四層體系，為設(shè)計(jì)高效電催化劑提供了新的理論框架與見解。

科研實(shí)踐項(xiàng)目是理學(xué)院推動(dòng)學(xué)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展支持體系的關(guān)鍵舉措，也是面向本科生實(shí)施學(xué)風(fēng)引領(lǐng)與拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“頭雁工程”。該項(xiàng)目采用“學(xué)術(shù)導(dǎo)師+項(xiàng)目+本科生”三位一體的培養(yǎng)模式，強(qiáng)調(diào)營造濃厚的科研氛圍，促進(jìn)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)同合作，著力提升學(xué)生的創(chuàng)新思維與解決實(shí)際問題的能力。項(xiàng)目實(shí)施以來成效顯著，在學(xué)術(shù)競賽、科研攻關(guān)（包括高水平論文發(fā)表）及成果轉(zhuǎn)化等方面成果豐碩，已累計(jì)覆蓋300余名本科生，為學(xué)院人才培養(yǎng)質(zhì)量的全面提升注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。