Jens Kehlet N?rskov，目前執教于丹麥技術大學物理系，曾是斯坦福大學SUNCAT界面科學與催化中心創始人(2010-2018)。N?rskov教授主要從事催化基礎理論的相關研究，從電子層面出發，對催化反應規律進行描述，為催化劑設計做出了很多杰出貢獻，近年來，在軟件開發、算法研究、合成氨和燃料電池領域均有重大進展。特別是他提出的d-band center理論是目前計算化學領域應用最廣泛的經典理論之一，推動了電催化領域的發展。截止目前，據Google Scholar統計，發表文章多達580余篇，總被引次數高達14萬+，H-index為190。
J. Phys. Chem. Lett.:?乙腈-過渡金屬界面的第一性原理研究
乙腈是催化和電化學中最常用的非水溶劑之一。本研究利用密度泛函理論研究了乙腈與金屬Ag、Cu、Pt和Rh的多個晶面之間的界面，并強調了高覆蓋率下溶劑-溶劑相互作用的重要性。研究了零電荷電位(potential of zero charge, PZC)與金屬功函數的關系，發現了與實驗測量一致的結果。并開發了一個模型來解釋溶劑化學吸附和取向對PZC的影響，其平均絕對偏差為0.08–0.12 V。得到的靜電場相圖與光譜觀察結果一致，為靜電場效應的研究提供了新的思路。這項工作為乙腈-金屬界面的實驗觀察提供了新的視角，并為乙腈和其他非水溶劑與過渡金屬的界面研究提供了指導。
Acetonitrile?Transition Metal Interfaces from First Principles,?https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c02692
ACS Energy Lett.：ORR/OER條件下酸穩定氧化物周期表
評價材料在工作條件下的穩定性對器件導向型電催化劑的發展具有重要意義，但在這方面的研究卻很少。在構建計算Pourbaix圖的廣泛工作的基礎上，利用材料項目數據，探索了47?814種非二元金屬氧化物在典型的ORR/OER條件下的水穩定性，并確定了68種可能的酸穩定的電催化劑，發現含有Sb/Ti/Sn/Ge/Mo/W元素的氧化物在酸性和氧化性環境中具有較高的耐蝕性。本研究還建立了一個“酸穩定周期表”，以指導尋找新的酸穩定電催化材料。
Acid-Stable Oxides for Oxygen Electrocatalysis,?
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c01625
ACS Catal.：釕基催化劑OER活性-穩定性關系
釕基析氧反應(OER)催化劑在高效電解水方面有著重要的應用前景。本研究對幾種釕基焦綠石(A2Ru2O7，A=Y，Nd，Gd，Bi)作為OER催化劑進行了探索，并證明了相對于RuO2，Ru催化中心的活性和穩定性有所提高。結合補充的實驗和理論分析，以了解A-位元素如何影響酸性OER條件下的活性和穩定性。在本文研究的A2Ru2O7中，結果發現Ru-O鍵較長，Ru4d和O2p軌道的相互作用弱于RuO2，導致初始活性增強。還觀察到催化劑的OER活性隨時間而發生變化，并伴隨著A-位和Ru在不同相對速率下的溶解，這取決于A-位的特性。使用密度泛函理論(DFT)計算構建的Pourbaix圖揭示了實驗觀察到的溶解驅動力，表明本文研究的所有成分在酸性OER條件下的熱力學不穩定性。理論活性預測表明，A位陽離子浸出和OER活性之間的趨勢一致。Bader電荷分析表明，溶解暴露出高度氧化的Ru位，顯示出增強的活性。總的來說，使用穩定性指數(molO2 evolved/molRu dissolved)作為比較度量， A2Ru2O7材料顯示出比標準RuO2更大的穩定性，并且與一些Ir混合金屬氧化物具有相稱的穩定性。本文所述的結論為提高釕催化劑的活性和耐久性，最終提高水電解槽的效率提供了途徑。
Acidic Oxygen Evolution Reaction Activity–Stability Relationships in Ru-Based Pyrochlores,?https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02252
Chem Electro Chem：鋰介導的合成氨反應研究
合成氨的電化學過程有可能取代Haber‐Bosch工藝。然而，N2是一種非活性分子，析氫反應是合成氨的主要選擇性挑戰。在四氫呋喃溶劑中電沉積鋰的電極克服了這兩個問題，它提供了一個容易與N2反應的表面，并限制了質子與非水電解質的接觸。在這些條件下，本研究得到了相對較高的法拉第效率(約10?%)和速率(0.1?mA?cm?2)。并觀察到固體電解質界面層的發展以及鋰和含鋰物種的積累。DFT研究表明，由于氮化鋰和氫化物在反應條件下的熱力學和動力學穩定性以及N2在鋰中的快速擴散，因此它們是催化活性相。
A Combined Theory‐Experiment Analysis of the Surface Species in Lithium‐Mediated NH3?Electrosynthesis,?https://doi.org/10.1002/celc.201902124
ACS Catal.：Mn對Ni/Al2O3催化劑CO/CO2加氫反應的促進作用
本文研究了Mn對Ni/Al2O3催化劑上CO和CO2加氫的促進作用。Ni/Al2O3對CO和CO2完全轉化為甲烷和C2+烴具有較高的活性。此外，在離散且相對狹窄的溫度范圍內， C2+碳氫化合物的凈濃度升高，出口流中含有比進料流中更高濃度的C2+物種，并且產品流幾乎不含碳氧化物。結果表明，Mn的加入可以提高烴的選擇性。本文研究了一系列不同Ni/Mn比的Ni-Mn/Al2O3催化劑，通過多種表征技術研究了Mn對烴產率的影響。通過密度泛函理論(DFT)的計算，揭示了Mn促進作用的來源，揭示了在還原條件下Ni(211)臺階邊緣位置有利于Mn的置換。這些Mn物種對氧化物的親和力穩定了共解離產物，因此提供了一個熱力學驅動力，與未改性的Mn催化劑表面相比，促進了C–O鍵斷裂。
Effect of Manganese on the Selective Catalytic Hydrogenation of COx in the Presence of Light Hydrocarbons Over Ni/Al2O3: An Experimental and Computational Study,?https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04863
Chem. Mater.：主動學習算法用于發現OER穩定氧化銥多晶型
尋找高性能和穩定性的可持續能源應用材料是催化和材料科學的一個緊迫目標。本研究發展了一種易于推廣的主動學習(active-learning, AL)加速算法，用于識別電化學穩定的IrO2和IrO3多晶型。該研究與隨后的酸性OER結構的電化學穩定性分析相結合。通過在現有材料數據庫(超過38000個)中識別所有956個結構上唯一的AB2和AB3原型來生成候選結構。使用主動學習的方法，在熱力學非晶態合成極限內發現196個IrO2多晶型，并重新定義了金紅石結構的全局穩定性。還發現了75種可合成的IrO3多晶型，并報道了一種先前未知的FeF3型結構，稱為α-IrO3。為了測試算法的性能，對候選空間的隨機搜索進行比較，發現率至少提高了2倍。另外，AL方法可以用少于30個密度泛函理論優化得到最穩定的IrO2和IrO3多晶型。對所發現的多晶型的結構性質的分析表明，幾乎所有低能結構都首選八面體局部配位環境。隨后的Pourbaix Ir–H2O分析表明，α-IrO3在酸性OER條件下是全局穩定的固相，并取代金紅石IrO2的穩定性。本研究所提出的算法可以很容易地推廣到任何二元金屬氧化物結構的搜索并定義化學計量比。
Active Learning Accelerated Discovery of Stable Iridium Oxide Polymorphs for the Oxygen Evolution Reaction,?https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c01894
Energy Environ. Sci.：提高鋰介導的電化學合成氨的穩定性和效率
鋰介導的氮還原是一種已被證實的電化學合成氨的方法。本研究提出了一個通用的分子水平模型來描述鋰離子介導的N2還原成NH3的機理。這個模型可以解釋一些已經被實驗觀察到的機械特性，例如法拉第效率對N2分壓和EtOH濃度的依賴性?；谶@一認識，開發了一種新的增加法拉第效率的方法，即在有利于鋰沉積和有利于鋰溶解的范圍之間循環施加電位。該方法可顯著提高體系的穩定性和催化效率。實驗表明，鋰循環過程在長達(至少)125小時的運行中是穩定的，并且在潛在循環期間，法拉第效率從恒定的鋰沉積期間的～21%大幅增加到～37%。測量到了～7%的能量效率，遠遠超過了文獻中短期6分鐘實驗中2.8%的最高值。
Increasing stability, efficiency, and fundamental understanding of lithium-mediated electrochemical nitrogen reduction, https://doi.org/10.1039/D0EE02246B
npj Comput Mater：用SCAN泛函計算Pourbaix圖來預測固體的水穩定性
本研究中利用掃描函數，在材料工程(MP)Pourbaix圖框架上開發了一種簡單的方法來精確預測固體的水穩定性。評估了掃描函數在計算各種氧化物生成焓方面的性能，并對標準掃描函數顯示出較大偏差的過渡金屬氧化物進行了Hubbard U校正。通過與實驗和MP-PBE-Pourbaix圖的比較，驗證了用掃描函數計算的Pourbaix圖的性能。基準測試表明，SCAN-Pourbaix圖在水穩定性預測方面系統地優于MP-PBE。進一步說明了該方法在準確預測酸性介質中析氧反應催化劑溶解勢方面的應用。
Predicting aqueous stability of solid with computed Pourbaix diagram using SCAN functional, https://doi.org/10.1038/s41524-020-00430-3
Phys. Chem. Chem. Phys.：非水溶劑中Pt電極上CO2RR的微觀動力學模型
析氫(HER)反應與二氧化碳電化學還原(CO2RR)制備多碳產品之間的競爭是眾所周知的挑戰。本研究提出了一個簡單的微觀動力學模型，在強還原電位下，這些競爭反應在Pt催化劑上，在非水溶劑中具有不同的質子濃度。該模型提供了對反應機理的一些見解，并表明低質子濃度和高階躍位置可能會提高對多碳產物的選擇性。
Micro-kinetic model of electrochemical carbon dioxide reduction over platinum in non-aqueous solvents, https://doi.org/10.1039/C9CP05751J
ACS Catal.：均相催化Buchwald–Hartwig amination中的標度關系分析
標度關系(Scaling relations)廣泛應用于研究表面反應。然而，對其在均相催化中的應用的探索目前還鮮有報道。本文研究了標度關系概念對Buchwald–Hartwig amination (BHA)反應的均相催化反應的可轉移性。用37種不同的Pd–L配合物(L = phosphine ligand)研究了PhBr與MeNH2的反應，建立了反應中間體與過渡態之間的標度關系。用能量圖的中間比例來構造火山的比例關系?；鹕綀D的結果與文獻中的實驗趨勢很好地吻合，這為更好地設計催化劑提供了方向。
Scaling Relations in Homogeneous Catalysis: Analyzing the Buchwald–Hartwig Amination Reaction, https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04323
Top. Catal.：?CO加氫制甲醇的挑戰揭示線性標度關系的基本限制
近年來計算催化技術的發展使得基于線性標度關系的復雜反應網絡維數的常規降維方法得以實現。本研究對CO加氫制甲醇活性的基本限制進行了新的描述；這一反應為從合成氣中獲得增值化學品提供了一條可持續的途徑。首先，證明了CO*的生成能(其中*表示吸附物種)與這些表面上甲醇合成路徑上一些基本步驟的過渡態能量之間有很強的線性相關性。利用微觀動力學模型，將這些信息投射到活動火山圖中，以給定過渡態的形成能和CO*作為獨立的描述符。這一分析揭示了上述線性標度關系對活性的基本限制，并促使人們積極尋找新的材料，以擺脫這些線性標度關系，作為提高CO加氫制甲醇活性的必要條件。本文還指出H–CO*和CH3O–H*是獨立于CO*穩定的關鍵過渡態，可以提高甲醇合成的活性和選擇性。
The Challenge of CO Hydrogenation to Methanol: Fundamental Limitations Imposed by Linear Scaling Relations, https://doi.org/10.1007/s11244-020-01283-2
原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/24/1a96547f31/
