报告摘要：

我国是稀土资源大国，其开发利用具有重要战略意义。其中，稀土二氧化铈材料被广泛应用于汽车尾气净化，但人们对纳米二氧化铈材料的催化性能构效关系，以及稀土元素特有的高度局域f轨道的作用的认识还非常有限，只是笼统的归纳出其在催化过程中可以起到类似“电子储存器”的作用。为深入理解其催化性能，我们采用引入在位库仑作用校正的密度泛函理论计算（DFT+U），系统研究了二氧化铈多种表面结构、氧缺陷、金属及其他氧化物颗粒负载和相关体系中催化小分子反应的机理。通过计算二氧化铈的主要晶面（111）面上产生单氧空穴后的表面电子结构状况，我们发现单空穴的产生可以还原两个表面铈原子，即还原电子被储存在其4f轨道中。我们从结构角度近一步分析了调控局域还原电子出现位置的因素，指出表面结构弛豫方式是最为主要的。我们还计算研究了二氧化铈（111）及（110）表面催化氧化CO以及还原NO的完整反应过程，并考察了表面还原状态对其影响，发现CO与表面晶格的氧的反应过程由其较弱的相互作用开始，通过形成次稳定的表面CO₂物种，进而发生脱附生成气相CO₂产物。分析表明，表面反应位置外的铈可以在CO₂移动过程中，通过结构弛豫被还原并将原来处于吸附状态的CO₂上带的负电荷获取并储存局域在其4f轨道上，从而促进CO₂的脱附与反应。计算还发现，NO在二氧化铈（110）表面的迁移与反应过程中，二氧化铈载体可以选择性的向表面物种转移或接收电子以帮助其的吸附与反应。另外，我们还详细考察了二氧化铈（100）极性表面的大量可能结构，发现极性表面高密度晶格氧间的相互作用以及体系铈离子4f轨道的电子储存能力，能够在整体化学配比完整的情况下调节局部O和Ce的实际价态，并强烈影响其催化活性。最后，我们的工作还表明，4f轨道同时还可以作为有效的参考能级来评价二氧化铈基复合催化材料的电子储存和相关催化能力。

报告人简介：

学术经历及荣誉：

1996.9 – 2000.7 上海交通大学化学化工学院 工学学士

2001.11 – 2004.10 英国贝尔法斯特女王大学化学学院 理学博士

2004.11 – 2007.6 美国普林斯顿大学化学系 博士后

2007.6 – 今华东理工大学工业催化研究所 教授，博士生导师

催化：密度泛函理论计算在工业催化过程和机理研究，催化剂结构表征，以及催化剂设计方面的应用

材料：密度泛函理论计算在固体材料结构，电子构型，光电性质方面的应用研究Seattle, USA.