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分散式镍催化剂Phthalocyanine@Nanocarbon活性稳定电还原co2的分子设计( Molecular Design of Dispersed Nickel Phthalocyanine@Nanocarbon Hybrid Catalyst for Active and Stable Electroreduction of CO 2 )
Zisheng Zhang Yang-Gang Wang
分子催化剂/纳米碳杂化是一个新兴的单原子催化剂家族，具有电催化性能优异、活性中心明确、通过官能团取代在分子水平上可调谐等特点。在本工作中，我们提供了一种合理设计以酞菁镍纳米碳(NIPC@NC)为形式的高效CO2电还原为CO的分子单原子催化剂的一般策略。我们利用密度泛函理论(DFT)计算和电子结构分析来探讨取代基对NiPc催化剂结构稳定性、氧化还原化学、吸附性能和分子-底物相互作用的影响。结果表明，吸电子基团有利于催化Ni中心的还原活化，但削弱了Ni-N键的强度，使CO脱附缓慢，而给电子基团则相反。非共价相互作用分析和电子密度差投影还揭示了相互作用强度与电子通过界面转移之间的取代基依赖关系。在此基础上，我们将半经验量子力学(SQM)计算、机器学习(ML)和遗传算法(GA)应用于CA的化学空间筛选。10万亿个取代的NiPc分子在一个描述符方案下，以确定NiPc@NC杂化材料的有希望的候选分子。遗传算法搜索的最佳候选催化剂在稳定性、还原电位（提高了110 mV)、与底物的相互作用（增强了0.46 eV）等方面优于现有的催化剂。基于计算筛选中得分最高的分子提出了设计策略，该工作流程具有很强的通用性和可推广性。
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