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材料学院张立军课题组研究成果—连续3篇论文在顶级期刊《JACS》发表

发布日期:2017-05-27     作者:材料科学与工程学院      编辑:于姗姗     点击:

【消息来源 材料科学与工程学院】材料科学与工程学院青年千人张立军教授研究团队近期在无铅钙钛矿类太阳能材料的理论设计方向取得重要进展,2017年初连续在《美国化学会会刊(Journal of American Chemical Society,JACS)》上发表通讯作者论文3篇: JACS 139, 2630 (2017);JACS 139, 6718 (2017);JACS 139, 6693 (2017),引发国内外同行的广泛关注。研究在中组部青年千人计划、国家重点研发计划、国家基金委项目的资助下完成;其中两篇论文的第一作者为材料学院在读博士生赵信刚,美国科罗拉多大学、莱斯大学、天普大学、北京计算科学研究中心的合作者参与了研究工作。

研究团队针对新兴高效率钙钛矿类太阳能材料面临的瓶颈问题(即材料稳定性差及含铅带来的毒性),将四面体结构半导体材料中的“阳离子演化”的材料设计理念应用到钙钛矿类太阳能材料,用M(I) + M(III)离子对替换2 x Pb(II),创新性地提出基于双钙钛矿A2M(I)M(III)X6结构开展新材料设计。应用第一性原理高通量材料计算方法,团队对上百个候选材料进行了以寻找高光伏性能、热力学稳定的太阳能材料为目标的筛选,优化设计了一系列新型、无毒、具有潜在优异光伏性能的双钙钛矿卤化物材料。同时还获取了双钙钛矿类材料的稳定性、电子性质随化学组分演化的规律性认知,为该类材料在其他光电领域的应用提供了有价值的参考。

研究工作为寻找无毒、稳定的钙钛矿类太阳能材料提供了新思路,部分理论设计的材料已被实验合成印证。研究成果得到了世界范围内本领域同行的广泛关注,美国材料研究学会2018春季会议(2018 MRS Spring Meeting)已正式邀请张立军教授在会议上做相关内容的特邀报告。

张立军教授研究团队基于“高通量计算”材料设计框架,开发了具有自主知识产权、以吉林大学命名的“JUMP2”材料设计软件包(全称为Jilin University Materials-design Python Package,正申请软件著作权,即将发布Beta测试版)。其主要功能是面向用户需求,灵活设计大批量候选材料,构建模块化、可反复调用的第一性原理材料模拟流程,统一提取、系统分析计算结果,规范数据结构以形成数据库,同时结合人工智能、机器学习方法,优化设计新材料,并提取“组分-结构-性质”的规律性认知。应用自主发展的材料设计方法,团队正有效结合“材料大数据”与“人工智能”,针对更多的半导体功能材料体系,优化设计满足特定功能(如电子输运、光电转换、热电转换等)的新型半导体材料,加速新材料研发进程,为实验合成制备提供理论指引。

发表论文链接:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b09645

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b02120

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b01815

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