量子化学

• DFT计算中施加电场

  密度泛函理论是计算材料科学和量子化学中最核心的工具之一。它通过电子密度描述体系性质，极大降低了计算复杂度。在实际应用中，许多体系处于外部电场或内建电场环境中（如电催化、铁电材料、光催化、分子反应调控等）。在DFT计算中显式引入外加电场，能模拟这些真实条件，揭示场对电子结构、几何构型、反应路径和物性的调控作用。 DFT中施加电场的物理基础与实现方式 物理意义：外加电场会极化电子云，改变体系的电势分布

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  07/03 16:53

  量子化学 DFT
• Angew海德堡大学无机化学所Lutz Greb团队：基于硅中心价态调控的多重光致变色与光控路易斯超

  这篇2026年发表在《Angewandte Chemie International Edition》上的论文，报道了硅中心通过价态变化实现多重光致变色控制的研究。研究人员合成了两个硅化合物，分别标记为1和2。每个分子含有两个二芳基乙烯配体。硅原子可在四配位和五配位状态间转换。这种转换直接影响配体间的电子耦合。 自由分子状态下的光开关行为 在没有路易斯碱存在时，用300 nm光照射，两个配体基本独

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  07/01 16:10

  量子化学
• Agnew主链刚性功能化提升天然橡胶综合性能

  研究背景 天然橡胶在未经处理时表现出非常柔软且易发粘的物理特性。为了提升其力学性能，工业界普遍依赖传统的硫化技术。这种工艺通过在橡胶内部建立永久性的化学交联网络来强化材料。然而，牢固的交联结构使得废旧橡胶在自然环境中极难被降解或回收。如何在保证橡胶具备优异使用性能的同时赋予其循环利用的能力，一直是高分子材料领域的重大瓶颈。 主要内容 为了从根本上改变橡胶的性能，研究人员将一类刚性的环丁烷单元直接引

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  06/30 17:30

  绿色能源 量子化学
• 量子隧穿：微观世界的 "穿墙术"

  量子隧穿是量子力学中最神奇、最反直觉的现象之一。它描述了微观粒子（如电子、质子）即使能量不足以翻越 "能量墙"，也能以一定概率直接穿过这堵墙，出现在另一边的现象。 经典物理 vs 量子物理：翻不过的墙？ 在我们熟悉的宏观世界里，物体要越过障碍物必须拥有足够的能量。想象一下： 你想翻过一堵 2 米高的墙，必须跳得比 2 米高才行 如果你只能跳5 米高，就绝对不可能翻过去，只会被墙挡回来 骑自行车上坡

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  06/30 09:23

  量子化学
• JACS中科院青岛能源所崔光磊＆董杉木：锂键构筑Lithio-Gel：阻断串扰效应破解可充电Li-S

  一、研究背景与问题 研究背景 锂-亚硫酰氯电池以其高工作电压（~3.6 V）、超高能量密度（>700 Wh kg⁻¹）、宽温度范围（−60 至 85°C）及超长储存寿命（>20年）等优异特性在物联网设备、油气化工、海洋环境监测等极端环境应用中具有重要的价值，长期以来一直被视为现有商业电池体系的有力替代方案。近年来，研究人员已初步探明该体系的可充电机制并在正极界面调控与活性材料优化方面取

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  06/27 16:20

  量子化学 锂金属电池
• 什么是掺杂?

  为什么掺杂能提升材料性能 在材料科学与工程领域，“掺杂”是一个基础而关键的概念。它与日常生活中所指的“掺假”或“引入劣质杂质”有本质区别，看似“破坏纯度”的操作，恰恰是现代电子、能源、光电领域调控材料性能的核心手段。 一、到底什么是掺杂? 掺杂是指在保持主体材料晶体结构基本不变的前提下，可控地向纯净基体材料中引入微量外来原子或离子(掺杂剂)，通过改变材料的电子结构、晶格状态与缺陷特性，精准调控其导

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  06/24 16:44

  量子化学 杂散电流
• ACS Catal. 超高压 CO₂电还原选择性的非单调行为：从浓度驱动到电荷转移调控

  一、研究背景 电化学 CO₂还原 (CO₂RR) 是将温室气体转化为高附加值化学品、实现碳中和的核心技术路径，但如何同时实现高反应活性与精准产物选择性调控仍是领域面临的核心挑战。高压操作因能显著提升 CO₂在水溶液中的溶解度（遵循亨利定律）而被广泛采用，但其调控反应路径与选择性的内在机制，特别是在 > 1MPa 的超高压区（甚至接近超临界状态），仍缺乏系统深入的原子级理解。 近日，日本东北大

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  06/23 17:06

  量子化学
• VASP 计算差分电荷密度 (CDD) 实操全指南：原理、步骤与结果解析

  差分电荷密度（Charge Density Difference, CDD）是计算材料科学中最常用的电子结构分析手段，通过定量展示成键 / 吸附过程中电荷的重新分布，直观揭示化学键本质、电荷转移方向与强度、催化活性位点作用机制等核心问题。本文系统讲解 VASP 平台下 CDD 的计算原理、标准流程、参数设置与结果解读。 一、基本原理与核心应用 定义 差分电荷密度是总体系电荷密度减去各独立片段电荷密

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  05/27 14:35

  量子化学
• Advanced Science 辽宁大学团队 机器学习结合恒电位模拟：揭示电催化固氮电荷转移机制新

  一、研究背景 氨合成是可持续能源体系的关键环节，传统哈伯 - 博施法依赖高温高压条件，消耗全球近 2% 的能源并排放 3% 的 CO₂，亟需开发温和条件下的绿色合成技术。 电催化氮还原反应（NRR）是低能耗、零排放分布式氨合成的理想途径，但面临 N≡N 键（键能 941 kJ/mol）活化动力学缓慢、水溶液中析氢反应（HER）竞争剧烈的问题，导致催化活性与选择性偏低。 单原子分子催化剂（SAMCs

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  05/23 10:45

  量子化学
• Re(I)咪唑-菲咯啉-胺配合物：pH如何精准调控其基态与激发态性质

  研究背景 pH值是生物、医学、环境和工业领域最核心的化学参数之一。传统pH探针多依赖有机染料，而金属配合物，尤其是Re(I)三羰基配合物，因其丰富的MLCT（金属-配体电荷转移）吸收、长寿命³MLCT发射、大Stokes位移和良好水溶性，成为新一代光学传感器的理想候选。 本文系统研究了咪唑-菲咯啉（Ip）配体修饰的Re(I)配合物fac-[Re(CO)₃(Ip)Br]（2a–2d）在不同pH下的光

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  05/22 15:17

  量子化学 DFT
• 热激活延迟荧光（TADF）

  热活化延迟TADF（Thermally Activated Delayed Fluorescence），热活化延迟荧光在OLED器件中，电子和空穴复合产生两种激子，其中单重态激子（Singlet, S1），可以直接发光（荧光）。三重态激子（Triplet, T1）不发光，能量主要以热能形式浪费。 TADF材料通过分子设计，将 S1 和 T1 之间的能级差（ΔEst）缩减至极小。而原本的三重态激子，

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  05/20 15:44

  量子化学
• ACS catal. 陕西理工大学团队 光催化固氮新进展：Pt@NM-Fe/MnOₓ双助催化剂协同调

  一、研究背景 氨是化工、农业领域核心原料，也是潜在零碳能源载体，传统哈伯 - 博施法合成氨需高温高压（573-773 K、100-200 atm），能耗占全球总能耗 2%、排放 1.4% 的全球 CO₂，与碳中和目标相悖。光催化固氮结合 N₂还原与 H₂O 氧化半反应，是温和条件下合成氨的绿色途径，但目前存在两大关键问题：一是光生电子 - 空穴复合严重，二是 N₂还原与 H₂O 氧化动力学失配，且

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  05/19 15:36

  量子化学
• Advanced Science 辽宁大学团队 动态刻蚀制备 Cl 端基 Ti₃C₂Clₓ/Ti₃Z

  一、研究背景 氨是重要工业原料与潜在无碳储能中间体，全球年需求量超 1.7 亿吨，90% 由哈伯 - 博施法制备，该工艺需 400-500℃、150-350atm 严苛条件，造成大量化石能源消耗与 CO₂排放。 水溶液中电催化氮还原反应（NRR）可在常温常压下利用可再生能源合成氨，以水为氢源，是绿色合成氨的理想途径，但面临 N≡N 键（键能 941 kJ・mol⁻¹）活化困难、析氢反应（HER）竞

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  05/19 11:12

  量子化学
• 如何判断化学键的生成与断裂

  化学键主要包括共价键、离子键、金属键和氢键等，其中共价键的生成与断裂在有机和无机反应中最为常见。键的生成通常表现为原子间距离缩短、共享电子密度增加、体系能量降低；断裂则相反，键长延长、电子密度减少、需要吸收能量（键解离能，Bond Dissociation Energy, BDE）。判断键的变化不是简单的“有”或“无”，而是一个连续过程，需要多维度指标综合分析。 在反应中，键的断裂和生成往往协同发

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  05/16 10:32

  量子化学
• 【JACS】大连化物所周永贵/陈木旺团队：Pd催化自串联氢解/氢化反应构建多手性中心六氢β-咔啉

  多手性中心的吲哚啉/β-咔啉骨架广泛存在于天然产物和药物分子中，但其合成通常依赖多步反应逐步构建，效率较低。近年来，自串联催化因能够在单一催化剂作用下实现多个机理不同的反应步骤，避免中间体分离，被认为是提高合成效率的重要策略。然而：不对称自串联催化仍然发展有限；多反应过程之间的兼容性与选择性控制困难因此，发展新的不对称自串联催化体系具有重要意义。 研究背景 作者的核心设想是： 👉 利用同一种活性物

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  05/14 17:37

  量子化学
• JACS浙江大学肖成梁＆南华大学殷祥标超分子镭捕获策略：冠醚–硫酸根协同构筑阴离子锆基MOF实现Ra

  核燃料循环过程中产生的大量铀矿尾矿会持续释放放射性核素，其中 ²²⁶Ra²⁺（镭离子） 是最具环境风险的核素之一。该同位素具有 1600 年的半衰期，同时具有较强的 α 放射性会对生态系统和人体健康构成严重威胁。 镭离子的化学性质与 Ca²⁺ 十分相似，因此容易在生物体中富集并进入骨骼系统，这进一步加剧了其毒性风险。 目前常见的处理方法包括：沸石、离子交换树脂及金属氧化物吸附剂，但这些材料普遍存在

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  05/12 16:27

  量子化学
• 如何使用Gaussian计算键解离能

  键解离能是指将分子中的一个化学键断裂成两个自由基所需的能量，通常以kcal/mol或kJ/mol为单位。它反映了键的稳定性：BDE越高，键越难断裂。 在实际应用中，BDE常用于： 预测反应活性（如自由基反应）。 评估抗氧化剂的效能（例如，酚类化合物的O-H键BDE）。 设计新型材料（如高分子聚合物的稳定性）。 传统实验测量BDE耗时费力，而计算方法如Gaussian可以快速提供可靠数据。当然，计算

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  05/08 09:48

  量子化学
• 计算氢电极模型（Computational Hydrogen Electrode, CHE）

  计算氢电极模型（CHE）是电催化理论计算的基石模型，由丹麦科学家 Jens K. Nørskov 团队于 2004 年提出，2010 年正式命名。它巧妙解决了直接计算溶液中质子 (H⁺) 和电子 (e⁻) 能量的难题，使基于密度泛函理论 (DFT) 的电催化反应热力学计算成为可能，目前已成为 HER、OER、ORR、CO₂RR 等领域的标准计算方法。 一、核心原理 利用标准氢电极 (SHE) 的热

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  04/28 10:10

  量子化学
• 电荷转移态

  01电荷转移 电荷转移（Charge Transfer, CT）是电子在给体（Donor）与受体（Acceptor）单元间重新分布的过程。依据载流子空间分布的特性，电荷转移可分为局域型（Localized）与非局域型（Delocalized）。局域电荷转移通常局限于相邻原子或特定官能团之间，而非局域电荷转移则涉及分子体系内部的长程电荷转移，常表现为电子在多中心间的跃迁。 在分子体系的发光机制中，电

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  04/24 11:14

  量子计算 量子化学
• 晶体轨道哈密顿布居（COHP）与化学键

  晶体轨道哈密顿布居（Crystal Orbital Hamilton Population，简称COHP）是一种广泛应用于固体化学和材料科学中的量子化学分析方法。它能够从密度泛函理论（DFT）等电子结构计算结果中，直接提取原子间成键、反成键和非成键相互作用的信息，并以能量分辨的方式可视化呈现。COHP的核心思想是将晶体轨道的哈密顿矩阵元素（H_μν）加权到态密度上，从而将带结构能量按化学键类型进行

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  04/15 17:03

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