计算名人堂||理论与计算大牛方维海
2023年，注定是不平凡的一年！从本期开始，我们将对理论与计算领域的大牛，对之前的成果工作进行简单汇总，希望能够为科研工作者们提供一些思路及想法。
本期为2023版新版名人堂介绍，本期为第12期。
名人介绍
方维海，中国科学院院士，北京师范大学化学学院教授，博士生导师，现担任化学学院院长，理论及计算光化学教育部重点实验室主任；北京市化学会常务理事；北京市化学会理事长；中国化学会理事；中国化学会理论化学专业委员会主任。1990年至1993年期间，方维海教授在我校化学学院攻读博士学位，1998年8月至今在我校工作。
他长期致力于理论与计算光化学研究工作，已在J. Am. Chem. Soc.等国际重要学术刊物上发表论文150多篇，主持了数项国家自然科学基金委重大和重点项目，两次受聘为973计划项目首席科学家。他在2003年被教育部评为全国高等学校优秀骨干教师，并两次获得教育部科技进步自然科学类一等奖。方维海教授在世界上为中国的理论化学争得了一席之地，被公认为中国理论化学新生代的领军人物。
由于方维海院士2022年全年发文众多，无法一一展示，感兴趣的同学，可以自行查询方院士的课题组主页：http://chem1.bnu.edu.cn/fangwh/
Applied Surface Science：在原子尺度上检测石墨烯中点缺陷的非磁性和磁性转换
通过照射高能Ar离子在双层外延石墨烯/SiC（0001）上，形成磁性和非磁性点缺陷，研究者利用扫描隧道显微镜（STM）和q-Plus原子力显微镜（q-Plus AFM）研究了它们的原子和电子结构。在dI/dV谱中观察到磁性杂质的强Kondo共振峰，提出Kondo温度为314 K。磁性散射产生更强的准粒子量子干涉图案。在原子尺度表征过程中观察到磁性和非磁性缺陷之间的结构转变，诱导原子缺陷的磁性切换。同时，利用力谱确定驱动转变的原子力为22 nN。这一发现为通过石墨烯缺陷工程在原子尺度上设计磁性逻辑器件铺平了道路。
参考文献：
Wang, Tiantian, et al. "Detecting the non-magnetism and magnetism switching of point defects in graphene at the atomic scale." Applied Surface Science 586 (2022): 152652.
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0169433222002343?via%3Dihub
2.Nature Communications：金属-有机双金属骨架催化臭氧分解及吸附去除 VOCs
大气臭氧，长期以来一直是人类健康的威胁，然而理性设计高性能的O3分解催化剂仍然具有挑战性。在这里，研究者展示了一系列同质双金属MOF（PCN-250（Fe2M）（M = Co2+，Ni2+，Mn2+））在催化O3分解方面具有巨大潜力。特别地，PCN-250（Fe2Co）表现出对连续气流中含有1 ppm O3的广泛湿度范围（0 ‒ 80％RH）在室温下具有100％的O3去除效率。机理研究表明，高催化性能源于引入开放的Co（II）位点以及其多孔结构。此外，在约10 Pa左右的低压下，PCN-250（Fe2Co）表现出对大多数挥发性有机物高吸附容量（89‒241 mg g−1），这些不仅是一类危险的大气污染物，而且也是臭氧的前体。这项工作为开发一种可以同时去除O3和VOCs的高级空气净化材料开辟了一条新的途径。
参考文献：
Dong, C., Yang, JJ., Xie, LH. et al. Catalytic ozone decomposition and adsorptive VOCs removal in bimetallic metal-organic frameworks. Nat Commun 13, 4991 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32678-2
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-32678-2
3.JMCA：有机电荷转移盐热电性质的第一性原理研究: 分子填料和三碘阴离子的作用
在此，研究者系统探讨了基于(5-CNB-EDT-TTF)4I3的电荷转移(CT)盐在热电(TE)应用中的效能，采用第一原理计算、玻尔兹曼输运理论和变形势理论，重点研究了分子排列和三碘化物离子的影响。结果表明，三碘化物离子的线性取向和平行供体堆积与面对面模式使β″-相CT盐具有小的能隙和费米面附近尖锐但不稳定的DOS。因此，β″-相具有同时增加的塞贝克系数和优秀的电导率。同时，独特的电子能带结构使β″-相表现出新颖的塞贝克系数温度依赖性，这有助于在广泛的温度范围内获得优异的功率因子值。此外，三碘化物离子可以显著减少CT盐的有效质量，从而使其具有本质上更优异的功率因子。本研究揭示了CT盐作为高性能TE材料的潜力，并阐明了分子堆积如何调节TE参数之间的约束机制。
参考文献：
Wang, Yishan, et al. "Thermoelectric properties of organic charge transfer salts from first-principles investigations: role of molecular packing and triiodide anions." Journal of Materials Chemistry A 10.8 (2022): 4288-4299.
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/TA/D1TA08972B
4.JEC：分子功能化促进石墨炔电催化氧还原
化学掺杂已被证明是调控局部电子分布并进一步促进石墨炔固有催化活性的一种有前途的策略。然而，目前的掺杂方法仍然面临一些问题，例如精确掺杂以创建活性位点以及需要高温破坏石墨炔骨架。在这里，研究者通过分子功能化实现了石墨炔表面的电荷重新分布。引入一个p型分子F4TCNQ（2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基对二甲苯）并完成了位点定义的功能化。理论计算显示，电荷转移能力得到提高，石墨炔变得带正电荷。证明原理时进行了氧还原电催化反应，其中sp杂化的C活性位点的电子态被调整以使其有利于反应中间体的吸附。这项工作从理论预测和实验验证两方面发现，分子功能化能够有效促进电催化氧还原反应，为石墨炔在不同电化学反应中的应用开创了新的可能性。
参考文献：
Yao, Huiying, et al. "Molecule functionalization to facilitate electrocatalytic oxygen reduction on graphdiyne." Journal of Energy Chemistry 65 (2022): 141-148.
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495621002643?via%3Dihub
5.PCCP：激发态相关氢键的性质及其对芳香族硫酮光物理性质的决定作用
在此，研究这通过精确的电子结构计算，揭示了激发态依赖的氢键相互作用是如何控制光物理过程的，研究对象为三个芳香基硫酮及其异构体的五个最低能态（S0、S1、S2、T1和T2）。S2和S1之间H键的性质差异，导致了通过双态锥形交叉的超快S2→S1内部转换。在具有分子内H键的芳香基硫酮中，通常观察不到S2荧光的强现象。同时，S1和T1态中相对较弱的H键相互作用使得S1、T2和T1态变为简并或准简并。因此，T2态充当了一个继电器，使得前向的S1→T1和反向的T1→S1过程都可以高效发生，这为热激活延迟荧光（TADF）机制提供了新的见解，并可以用于改进纯有机TADF材料的设计原则。
参考文献：
Fang, Ye-Guang, and Wei-Hai Fang. "Nature of excited-state dependent hydrogen bonds and their critical role in determining the photophysical properties of aromatic thioketones." Physical Chemistry Chemical Physics 24.28 (2022): 17059-17067.
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/CP/D2CP02016E
