第一性原理计算电化学最新进展

发布日期:2017-7-7     浏览次数:1800次    发布者:黄伟珺    

      我院程俊教授课题组在金属-水界面上的理论计算研究取得重要进展,相关成果以“Determining Potentials of Zero Charge of Metal versus Standard Hydrogen Electrodes fromDensity-Functional-Theory-Based Molecular Dynamics”为题发表在国际物理学期刊Phys. Rev. Lett.2017, 119, 016801。
      金属-水界面在电化学反应中起到重大作用,为了能够直接将金属-水界面的理论模拟结果与实验数据相对比,其中一个亟待解决的核心问题是如何准确计算金属-水界面的电极电势。程俊教授课题组近几年内发展的计算氢电极方法(Cheng et al. Acc. Chem. Res., 2014, 47, 3522)从原理上讲可以解决这一难题,但实际操作中由于计算金属-水界面中的水合氢离子的去质子化能所需要的计算量太大而难以实现。近期,他们利用金属-水界面模型中体相水的静电势作为二次参照,将金属-水界面中质子溶剂化能的计算转嫁为体相水质子溶剂化能的计算,从而极大地降低了计算成本,实现对金属电极零电荷电势的精确计算。该方法可以直接拓展应用到其它固液(如半导体-水)界面。同时,该工作还发现界面水与金属表面的作用导致电子云重排,对于Pt(111)面,这一因素可导致界面电势变化超过1 eV,而界面水的取向在零电荷电势下对于界面电势的变化贡献非常小,这一发现改变了以前电化学家对于界面电势的通常认知。 
                                        
      该研究工作主要由来自英国阿伯丁大学的访问博士生乐家波在程俊教授指导下完成,同时也得到了瑞士苏黎世大学Marcella Iannuzzi博士和英国阿伯丁大学Angel Cuesta博士的技术支持和理论指导。该工作得到国家自然科学基金(Grants No. 21373166, 21621091)和中组部青年千人计划的资助。
      论文链接
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.016801