春暖花開，萬物復(fù)蘇，一切都是欣欣向榮的樣子。萬物更迭，科研工作當(dāng)然也不例外，蟄伏了一個冬季，讓我們也來看看科研工作者的最新動態(tài)吧。

1.ACS：高效甲酰胺三碘化鉛太陽能電池中氫的最小化和控制

醋酸甲脒三碘化鉛(FAPbI3)，目前保持著單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的記錄。碘管理被認(rèn)為是抑制FAPbI3活性層缺陷引起的非輻射損失的關(guān)鍵。然而，非輻射損失的起源和通過碘濃度管理抑制這種損失的潛在機(jī)制仍不清楚。在此，來自澳大利亞悉尼大學(xué)的Yuhang Liang & Xiangyuan Cui & Jun Huang & Rongkun Zheng等研究者，通過第一性原理模擬，證明了FAPbI3的非輻射損耗并不是由固有點缺陷造成的。相反，在FAPbI3中，在富碘和貧碘條件下都有豐富的氫離子，作為高效的非輻射復(fù)合中心，并被認(rèn)為是功率轉(zhuǎn)換效率被抑制的原因。此外，碘適度合成條件有利于電鈍化氫分子的形成，可顯著抑制有害氫離子的生成。這項工作確定了廣泛使用的FAPbI3層中主要的非輻射復(fù)合中心，并合理解釋了當(dāng)前的碘管理如何減少非輻射損失。減少鈣鈦礦中無意的氫摻入，是實現(xiàn)高設(shè)備性能的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

Yuhang Liang, Xiangyuan Cui, Feng Li, Catherine Stampfl, Simon P. Ringer, Jun Huang, and Rongkun Zheng, Minimizing and Controlling Hydrogen for Highly Efficient Formamidinium Lead Triiodide Solar Cells,?Journal of the American ChemicalSociety?Article ASAP，DOI: 10.1021/jacs.2c00038

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00038

2.JACS：通過改進(jìn)密度來改進(jìn)結(jié)果：密度校正密度泛函理論

密度泛函理論(DFT)計算，已經(jīng)在化學(xué)和材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，因為與基于波函數(shù)的方法相比，DFT計算方法通常能夠以更低的計算成本提供有用的準(zhǔn)確性。所有實際的DFT計算都需要對未知的交換相關(guān)能進(jìn)行近似，然后在Kohn-Sham方案中自一致地使用交換相關(guān)能，從近似的密度產(chǎn)生近似的能量。密度校正DFT只是研究對總能量誤差的相對貢獻(xiàn)。在絕大多數(shù)DFT計算中，由于近似密度而產(chǎn)生的誤差是可以忽略的。但是，當(dāng)某些類的泛函應(yīng)用于某些類的問題時，密度誤差足夠大，足以顯著地貢獻(xiàn)能量，而去除它會帶來更好的結(jié)果。這些問題包括反應(yīng)位壘、涉及π共軛的扭轉(zhuǎn)位壘、鹵素鍵、自由基和陰離子、大多數(shù)拉伸鍵等。在所有這些情況下，使用更精確的密度可以顯著提高性能，通常使用Hartree-Fock密度就足夠了。在此，來自韓國延世大學(xué)的Eunji Sim等研究者，解釋了DC-DFT是什么，它可能在哪里改進(jìn)結(jié)果，以及DC-DFT如何能夠產(chǎn)生更精確的函數(shù)。研究者還概述了該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和前景。

參考文獻(xiàn)：

Eunji Sim, Suhwan Song, Stefan Vuckovic, and Kieron Burke, Improving Results by Improving Densities: Density-Corrected Density Functional Theory.?Journal of the American Chemical Society?Article?ASAP DOI: 10.1021/jacs.1c11506

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c11506

3.JACS：烷氧基抽氫:反應(yīng)和選擇性的熱力學(xué)和極性影響的計算研究

在此，來自上海工程技術(shù)大學(xué)的Fengjiao Liu & 意大利托爾維加塔大學(xué)的Massimo Bietti & 美國加州大學(xué)洛杉磯分校的K. N. Houk等研究者，采用密度泛函理論計算了不同環(huán)境下甲氧基、叔丁氧基、三氯乙氧基和三氟乙氧基與26個C-H鍵的反應(yīng)(ωB97X-D)。研究者用改進(jìn)的Evans-Polanyi處理方法，分析了活化能壘的變化，以解釋極性和不飽和效應(yīng)。Roberts、Steel和Mayer的處理方法啟發(fā)了一種簡單處理方法的發(fā)展，包括反應(yīng)熱力學(xué)、反應(yīng)物自由基和產(chǎn)物自由基電負(fù)性之間的差異，以及α不飽和的存在或不存在。三參數(shù)方程(ΔH?= 0.52ΔHrxn(1-d)-0.35ΔχAB2?+ 10.0，其中C-H鍵存在α-不飽和時d = 0.44)與量子力學(xué)計算的勢壘有很好的相關(guān)性，并顯示了反應(yīng)熱力學(xué)(由反應(yīng)物和生成物的鍵離解能決定)和極性效應(yīng)的定量重要性。

參考文獻(xiàn)：

Fengjiao Liu, Siqi Ma, Zeying Lu, Anjanay Nangia, Meng Duan, Yanmin Yu, Guochao Xu, Ye Mei, Massimo Bietti, and K. N. Houk.?Hydrogen Abstraction by Alkoxyl Radicals: Computational Studies of Thermodynamic and Polarity Effects on Reactivities and Selectivities.?Journal of the American Chemical Society?Article ASAP DOI: 10.1021/jacs.2c00389

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00389

4.Angew：利用機(jī)器學(xué)習(xí)增強(qiáng)全局優(yōu)化求解Pt3Sn(111)上超薄氧化物的結(jié)構(gòu)

固體表面原子結(jié)構(gòu)的確定，通常取決于測量性質(zhì)與基于假設(shè)結(jié)構(gòu)模型的模擬的比較。對于簡單的結(jié)構(gòu)，模型可能是猜測的，但對于更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，需要可靠的基于理論的搜索算法。到目前為止，這些方法受到組合復(fù)雜性和計算費用的限制，足夠精確的能量估計表面。然而，機(jī)器學(xué)習(xí)方法的引入有可能從根本上改變這一現(xiàn)狀。在此，來自丹麥奧爾胡斯大學(xué)的Bj?rk Hammer等研究者演示了一種進(jìn)化算法，利用機(jī)器學(xué)習(xí)加速能量估計和多樣化種群生成，可以用來解決未知的表面結(jié)構(gòu)-基于有限的實驗輸入的Pt3Sn(111)(4×4)表面氧化物。該算法效率高、魯棒性好，可廣泛應(yīng)用于地面研究，取代人工、基于直覺的模型生成。

參考文獻(xiàn)：

Merte, L..R., Bisbo, M..K., Sokolovi?, I., Setvín, M., Hagman, B., Shipilin, M., Schmid, M., Diebold, U., Lundgren, E. and Hammer, B. (2022), Structure of an Ultrathin Oxide on Pt3Sn(111) Solved by Machine Learning Enhanced Global Optimization.?Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.?

https://doi.org/10.1002/anie.202204244

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202204244

5.ACS Catalysis：電化學(xué)CO2還原單原子和雙原子催化劑的計算篩選

在缺陷石墨烯上負(fù)載的單原子催化劑，表現(xiàn)出了巨大的電化學(xué)還原CO2為CO的潛力。在此，來自丹麥技術(shù)大學(xué)的Naiwrit Karmodak & Karen Chan等研究者，利用混合密度泛函理論和勢相關(guān)的微動力學(xué)模型，在氮摻雜石墨烯上對M從Sc到Zn變化的單原子和雙原子催化劑(MNCs和FeMNC)進(jìn)行了計算篩選。生成能的計算揭示了幾種穩(wěn)定的單原子和雙原子摻雜位基序。研究者考慮了CO2的動力學(xué)，以CO2*和COOH*中間體的結(jié)合能作為描述符來分析這些催化劑的活性。與(211)過渡金屬(TM)表面相比，MNCs和FeMNC反應(yīng)中間體在不同金屬摻雜劑上表現(xiàn)出不同的結(jié)合基序。研究者發(fā)現(xiàn)，CrNC、MnNC、FeNC和CoNC四種MNCs對CO2R具有較高的催化效率。在不同摻雜幾何構(gòu)型和周圍N-配位的FeMNCs中，研究者確定了11個具有高TOF的CO生成和低選擇性析氫反應(yīng)的候選化合物。其中，F(xiàn)eMnNC的CO2R活性最高。MNCs和FeMNCs中較大的CO2*偶極場相互作用，會導(dǎo)致從TM表面縮放的偏差。

參考文獻(xiàn)：

Naiwrit Karmodak, Sudarshan Vijay, Georg Kastlunger,and Karen Chan.?Computational Screening of Single and Di-Atom Catalysts for Electrochemical CO2?Reduction:?ACS Catalysis?0,?12 DOI: 10.1021/acscatal.1c05750

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c05750