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理学院邀请国家杰出青年基金获得者王金兰教授来学院作学术报告

时间:2018/12/14 08:52:00  来源:   作者:   点击:

(理学院 汤剑锋)12月10日下午,东南大学王金兰教授在第十五教学楼624室作了题为“新型低维材料的物性调控与靶向设计”的学术报告。报告会由院长周文新主持,邓白平书记、廖桂平副院长、李辉勇副院长等学院领导出席,学院各团队负责人、部分青年教师、研究生和本科生代表参加。

 

以石墨烯、黑鳞、钙钛矿薄膜、六方氮化硼、过渡金属硫化物等为代表的二维纳米材料具有超高比表面积和非凡的物理、化学、电子和光学性质,使得其在催化反应、柔性(光)电子器件、能量存储和转换、传感器以及生物医药等应用领域极具潜力,已经成为凝聚态物理学、材料科学、化学以及纳米科技领域最热门的研究课题。传统试错式材料研发模式存在效率低(一般周期长达二十年)、“成分-结构-性能” 构效映射关系不够明晰等短板。近年来,随着计算化学与材料科学理论的成熟与超级计算机的推广使用,计算机模拟研究为确立材料构效关系提供了新的研发范式,在筛选候选材料、加速研发进程、降低研发成本方面起到了越来越重要的作用。特别的,在当前的大数据和人工智能时代,对材料科学中积累的大量实验和模拟数据进行机器学习可发掘隐含的构效关系,预测新材料的晶体或电子结构及其催化、光电、导热、导电、力学等性能,给新型功能材料的高效设计带来了新气象。

本次讲座报告以当前最热门的二维材料和钙钛矿太阳能电池材料为例,介绍了其课题组近年结合第一性原理计算、分子动力学模拟与机器学习算法,在二维材料物性调控与无铅钙钛矿光伏材料设计方面的研究进展:1) 二硫化钼中的缺陷调控与光电性能提升;2)二维黑磷的降解机制与保护策略;3)基于机器学习算法的钙钛矿材料靶向设计。这些研究工作为二维材料与钙钛矿光伏材料的性能优化及其在光电子器件与新能源利用等方面提供了理论基础和理论指导。

作为一类重要的二维层状纳米材料,类石墨烯二硫化钼具有可调控的直接带隙,在光电器件领域拥有比石墨烯更光明的前景。王金兰教授首先从二硫化钼的载流子迁移率低的事实出发,基于计算结果指出这是由于表面硫空位缺陷对能级的影响,并发现表面功能化可修复硫空位,获得相当于完美二硫化钼的电导率和发光性能。这一预测随后被实验证实。作为一种新兴的二维纳米材料,黑磷具有宽带隙、高空穴迁移率和高理论容量,在光电、选择性传感器、催化和电池等应用领域极大的潜力。王金兰教授从黑磷的环境稳定性差出发,研究了黑磷暴露于水和空气环境下的光照降解过程,指出光催化条件下表面形成的超氧根离子与磷成键,且在水分子作用下断裂形成磷酸根离子。针对这一现象,进一步计算表明碲参杂和PTCDA表面组装均可以有效抑制表面磷降解,其中后者已被实验验证。钙钛矿材料结构复杂,性质多样,但其毒性和低环境稳定性限制了其在太阳能电池方面的实际应用。王金兰教授利用机器学习方法,对丰富的钙钛矿数据库出发,进行特征提取和模型训练,获得无毒和带隙合适的候选材料进行后续第一性原理计算,最终从数千种材料中得到十种优选材料。

最后,王金兰教授与在场师生进行了深入的互动交流,并深入各团队实验室进行现场指导和交流。王金兰教授深入浅出的报告风格、深厚的学术积淀、理论和实验的协同合作研究给现场师生留下了深刻印象。通过此次学术讲座,加深了我院师生对化学、物理和材料学科前沿交叉融合的认识,拓宽了学术视野和研究思路。

    王金兰教授简介:博士生导师、东南大学特聘教授、国务院政府特殊津贴专家。2002年毕业于南京大学物理系,2003-2005年在美国Argonne 国家实验室化学部从事博士后研究。2005年底由东南大学引进,2006年入选教育部新世纪优秀人才支持计划,2013年获江苏省杰出青年基金、2015年获国家杰出青年基金、2016年获江苏省“333”领军人才支持计划。她长期从事低维材料结构与物理化学性质的理论研究,主持多项国家自然科学基金与国家重点研发计划。在低维材料领域作出了一系列开创性的贡献,提出了单原子催化裁剪和应力定向裁剪两种制备石墨烯纳米带的方法,建立了硫化钼缺陷态主导的电子输运机制与通过缺陷工程大幅提升其光电性能的全新思路,揭示了黑磷的完整降解机制并提出了几种保护黑磷的策略且被实验证实,设计了数种新型低维功能材料。发表SCI论文180余篇,影响因子10以上论文30余篇,其中Science(1篇)、Nat. Comm.(7篇)、J. Am. Chem. Soc.(5篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(5篇)、Nano Lett/ACS Nano/Adv. Mater(14篇)。被引超过7000余次, H-index 44,2014-2018年连续五次入选“Elsevier中国高被引学者名单”。

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