课程简介

相对于传统的金属催化剂，非金属催化剂具有选择性广、性能突出、结构稳定等优势。非金属催化剂在能源、环境、化工等领域具有广泛的应用。非金属催化剂能够有效地催化各种化学反应，包括HER、OER/ORR、CO2RR、NO3RR、NRR。

课程内容

第1章：MoS2催化析氢反应（HER）

MoS2是一种常见二维材料，虽然表面对H惰性，但缺陷和边缘位点被报道具有较好的催化HER性能。本章介绍MoS2表面缺陷与边缘位点在酸性条件下催化HER的性能，包括模型构建、中间体H的吸附构型、自由能，差分电荷、态密度d带中心等。

第2章：CrN催化析氢反应（HER）

CrN具有立方结构，在催化HER方面性能较好。本章介绍CrN在碱性条件下催化HER，包括晶体表面模型构建、H2O分解路径与势垒、反应势能面、原子振动频率、H析出自由能、吸附能、结合能等。

第3章：Co3O4催化析氧反应与氧还原反应（OER/ORR）

Co3O4是一种具有尖晶石结构的磁性氧化物，原子磁矩分布对其催化性能有着重要影响。本章介绍Co3O4的磁构型与催化OER性能，包括铁磁与反铁磁构型稳定性，中间体OH、O、OOH吸附构型与自由能等。

第4章：WO3嵌入Ru单原子催化析氧、氧还原反应（OER/ORR）

WO3是一种稳定的氧化物，具有较好的掺杂改性空间，Ru基材料具有不错的催化OER性能。本章介绍WO3掺杂Ru单原子催化OER性能，包括单原子掺杂晶体表面模型构建，反应中间体OH、O、OOH吸附构型与自由能，线性约束关系，电位对自由能影响等。

第5章：Ni(OH)2催化析氧反应与氧还原反应（OER/ORR）

层状氢氧化物LDH在催化OER方面是一种预催化剂，反应中会失去H转变为羟基氧化物。本章介绍Ni(OH)2催化OER的吸附氧和晶格氧机理，包括氧空位形成能，中间体OH、O、OOH吸附构型与自由能，反应路径判断等。

第6章：C3N4吸附Cu单原子催化CO2还原反应（CO2RR）

C3N4是一种具有较好吸附性能的二维材料，Cu基材料具有较好的催化CO2还原至C1产物的性能。本章介绍C3N4吸附Cu单原子催化CO2还原的性能，包括模型构建，所有C1产物（CO、HCOOH、CH4、CH3OH）中间体吸附构型与自由能，讨论各种产物的决速步以及彼此的分界点等。

第7章：分子催化剂催化NO3还原反应（NO3RR）

嵌入单原子的分子催化剂具有性能调控（改变单原子配体）范围广的优势，在催化NO3还原方面性能较好。本章介绍吡咯N配位Co单原子催化NO3RR的性能，包括分子催化剂模型构建，静电势与功函数，态密度与d带中心，各中间体吸附构型自由能等。

第8章：MoS2纳米带催化N2还原反应（NRR）

MoS2纳米带边缘位点具有较强的吸附能力，N2具有较强的惰性，一般NRR产NH3的势垒较高。本章介绍MoS2纳米带催化NRR产NH3的性能，包括模型构建，N2吸附能与结合能，distal、alternating、enzymatic路径中间体吸附构型与自由能，反应路径判断等。