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拓扑量子催化——TiSi家族的拓扑狄拉克节线态和潜在催化析氢性能

第一作者:李江旭、马会(中国科学院金属研究所)
通讯作者:陈星秋(中国科学院金属研究所) 

成果简介:
拓扑节线态半金属具有体能带反转形成的闭合环状狄拉克节线,其投影到某些表面会形成受拓扑保护的能量色散非常小的鼓膜状表面态,费米能级处因此具有很高的电子态密度。目前,为寻求贵金属铂的替代物,新的催化剂一般需要高电子态密度的催化活性位置,同时还兼具高载流子输运和恰当的热力学稳定性(△G≈0)。拓扑节线金属体狄拉克节线和持久稳定的拓扑非平庸表面态正好潜在满足这一设计条件,中科院金属所陈星秋团队由此提出了拓扑量子催化的概念,认为可以利用拓扑狄拉克节线导致的拓扑非平庸表面态作为催化反应的平台。计算建议了TiSi拓扑狄拉克节线半金属新家族,在倒空间ky=0面狄拉克节线环,完整拓扑表面态存在的(010)表面氢吸附自由能△G恰好接近0,且拓扑电荷也被揭示参与到析氢反应过程。


团队介绍: 

中国科学院金属研究所陈星秋研究团队主要在计算材料学的方向开展研究工作,主攻合金中传统问题和拓扑量子金属和合金的科学前沿问题,致力于合金计算设计中的新材料、新方法、新模型的发展和应用探索。围绕合金传统问题,开展结构合金计算设计,关注力学、硬度、腐蚀和材料持久性能等的计算模拟;在前沿量子材料领域,关注拓扑量子金属和合金,探索和设计新型拓扑量子金属合金材料,研究新奇拓扑性质和它们的潜在应用。


参考文献:
Jiangxu Li, Hui Ma, Qing Xie, Shaobo Feng, Sami Ullah, Ronghan Li, Junhua Dong, Dianzhong Li, Yiyi Li, and Xing-Qiu Chen, Topological quantum catalyst:Dirac nodal line states and a potential electrocatalyst of hydrogen evolution in the TiSi family, Science China Materials, 61, 23-29 (2018).

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs40843-017-9178-4 

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