3月13日，最新一期的國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然—通訊(Nature Communications)》在線發(fā)表了華東理工大學(xué)材料學(xué)院楊化桂教授和化學(xué)學(xué)院王海豐副教授有關(guān)新型太陽能電池材料的設(shè)計(jì)篩選新方法的研究成果：“Rational Screening Low-Cost Counter Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells”(Nat. Commun., 4, 1583, DOI: 10.1038/ncomms2547)。該研究成果由楊化桂課題組與王海豐副教授共同合作完成，博士研究生侯宇和王棟為該研究成果的共同第一作者。

楊化桂教授與王海豐副教授合作，借助第一性原理計(jì)算及相關(guān)熱力學(xué)分析，首次提出了一種針對對電極材料電催化性能的篩選策略。首先利用密度泛函理論計(jì)算方法，以Pt為模型材料，結(jié)合微動力學(xué)研究了對電極表面碘三離子還原反應(yīng)的基本催化機(jī)理，并確定了基元反應(yīng)的決速步驟及影響催化活性的關(guān)鍵參數(shù)——碘原子在催化界面的吸附能。隨后，通過模擬真實(shí)固液(乙腈)界面環(huán)境，建立了吸附能與催化活性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并最終在國際上首次構(gòu)建了能夠高效地預(yù)測對電極材料催化活性的篩選方法。該篩選策略的提出實(shí)現(xiàn)了對電極替代材料的快速篩選，減少了繁雜的實(shí)驗(yàn)研究及費(fèi)用，并降低了實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染等問題。更為重要的是，在理論預(yù)測的基礎(chǔ)上，他們成功開發(fā)了具有特定表面結(jié)構(gòu)及高催化活性的Fe2O3催化劑，其電池性能與貴金屬鉑達(dá)到了相同水平，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測結(jié)果完全一致，進(jìn)一步證明了他們發(fā)展的理論計(jì)算方法的可靠性。這一研究成果不僅為今后其它新型太陽能電池替代材料的開發(fā)提供了重要途徑，同時(shí)有利于對電極材料催化機(jī)理的進(jìn)一步探索，也為新型太陽

多位太陽能電池領(lǐng)域的專家均對這項(xiàng)原創(chuàng)性工作給予了極高的評價(jià)，認(rèn)為該工作闡明了一個太陽能電池及其相關(guān)領(lǐng)域的重大科學(xué)問題——對電極催化機(jī)理，將理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，提出了篩選對電極材料的總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則，具有非常重大的科學(xué)意義。更為重要的是，成功開發(fā)出了一種如此普遍的低成本對電極替代材料(Fe2O3)，這一非凡的發(fā)現(xiàn)無疑將對電催化劑領(lǐng)域及太陽能電池領(lǐng)域產(chǎn)生重大的影響。

楊化桂教授2009年初進(jìn)入華東理工大學(xué)工作，目前課題組主要研究方向?yàn)樘�陽能轉(zhuǎn)換與儲存新型材料和器件(光伏，電催化，光電催化及光熱化學(xué)等)的理論設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。2005年在新加坡國立大學(xué)獲博士學(xué)位，2005年至2007年作為研發(fā)工程師任職于美國通用電氣(GE)公司，2007年至2008年在澳大利亞昆士蘭大學(xué)功能納米材料中心從事博士后研究。迄今已在Nature (2008, 453, 638)，Nat. Commun.(2013, 4, 1583)，Angew. Chem. Int. Ed. (2012, 51, 3611; 2011, 50, 3764;2004, 43, 5206;2004, 43, 5930)，J. Am. Chem. Soc.(2010, 132, 13162;2009, 131, 4078; 2009, 131, 12868; 2005, 127, 270)等國際SCI收錄期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，論文被SCI他引共計(jì)3000余次，單篇最高引用700余次。

王海豐副教授主要從事利用密度泛函理論(DFT)計(jì)算研究多相(光電)催化材料電子結(jié)構(gòu)、固體結(jié)構(gòu)及表/界面特性、催化反應(yīng)解析、多相催化基礎(chǔ)理論及高效金屬催化劑理論篩選等領(lǐng)域的工作。2008年8月至2010年8月于英國女王大學(xué)進(jìn)行博士聯(lián)合培養(yǎng);2010年9月至2011年10月獲華東理工大學(xué)優(yōu)秀博士論文培育計(jì)劃資助，2012年3月獲工業(yè)催化專業(yè)博士學(xué)位;2012年3月至今任職于工業(yè)催化研究所/胡培君教授國家千人計(jì)劃團(tuán)隊(duì)，并獲華東理工大學(xué)青年英才計(jì)劃(2012)。迄今已在在Nat. Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.(3篇)，J. Catal.，J. Phys. Chem. C(3篇)等國際重要學(xué)術(shù)刊物發(fā)表SCI論文近20篇。

上述研究得到了國家自然科學(xué)基金委、教育部、上海市科委的資助。

能電池未來的大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展提供了重要的理論依據(jù)及應(yīng)用基礎(chǔ)，在解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題方面向前邁進(jìn)一大步。