近日，李恒帅课题组运用理论计算方法指导合成出新型功能材料，名为“N原子掺杂石墨碳层包裹的磁性FeCo纳米材料”。相关成果以“Decorating Cd0.9Zn0.1S using magnetic FeCo@ N-doped graphite carbon layer to achieve considerable hydrogen evolution efficiency”（利用N原子掺杂石墨碳层包裹的磁性FeCo纳米材料装饰Cd0.9Zn0.1S来实现高的析氢效率）为题发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（中科院一区，Top期刊，影响因子8.4）。该论文的第一作者为37000cm威尼斯2022级物理学专业硕士研究生张东，通讯作者为李恒帅，聊城大学为第一署名单位。
N原子掺杂石墨碳层包裹的磁性FeCo纳米材料与其它半导体材料形成异质结的过程中，电子转移机理的解释是一个难点。本文首次提出利用肖特基势垒理论解释这个问题，有效地阐明了电子转移过程的机制。Cd0.9Zn0.1S（CZS）作为一种极具潜力的可见光活化光催化剂，但其受到光激发载流子分离的慢动力学的限制。基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）计算表明，引入掺氮石墨碳（FC@NC）可以有效降低氢的吸附自由能，从而加速CZS的氢反应动力学。在理论预测的支持下，通过沉淀和煅烧成功制备了磁性FC@NC纳米颗粒，然后通过超声自组装和煅烧，再与CZS结合，形成了FC@NC/CZS复合光催化剂。基于实验结果和DFT计算，提出了利用肖特基异质结增强FC@NC/CZS复合材料光催化活性的可能机理。该工作是一个具有代表性的理论指导材料合成的成功案例。
该工作获得了山东省重点研发计划、山东省自然科学基金、山东省高等学校科技计划项目、聊城市重点研发计划、聊城大学高层次人才和博士科研启动基金的支持。
论文全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.4c01726
（审稿：刘才龙）