3月13日，最新一期的國際著名學術期刊《自然—通訊(Nature Communications)》在線發(fā)表了華東理工大學材料學院楊化桂教授和化學學院王海豐副教授有關新型太陽能電池材料的設計篩選新方法的研究成果：“Rational Screening Low-Cost Counter Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells”(Nat. Commun., 4, 1583, DOI: 10.1038/ncomms2547)。該研究成果由楊化桂課題組與王海豐副教授共同合作完成，博士研究生侯宇和王棟為該研究成果的共同第一作者。

楊化桂教授與王海豐副教授合作，借助第一性原理計算及相關熱力學分析，首次提出了一種針對對電極材料電催化性能的篩選策略。首先利用密度泛函理論計算方法，以Pt為模型材料，結合微動力學研究了對電極表面碘三離子還原反應的基本催化機理，并確定了基元反應的決速步驟及影響催化活性的關鍵參數(shù)——碘原子在催化界面的吸附能。隨后，通過模擬真實固液(乙腈)界面環(huán)境，建立了吸附能與催化活性的關聯(lián)關系，并最終在國際上首次構建了能夠高效地預測對電極材料催化活性的篩選方法。該篩選策略的提出實現(xiàn)了對電極替代材料的快速篩選，減少了繁雜的實驗研究及費用，并降低了實驗過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染等問題。更為重要的是，在理論預測的基礎上，他們成功開發(fā)了具有特定表面結構及高催化活性的Fe2O3催化劑，其電池性能與貴金屬鉑達到了相同水平，實驗結果與理論預測結果完全一致，進一步證明了他們發(fā)展的理論計算方法的可靠性。這一研究成果不僅為今后其它新型太陽能電池替代材料的開發(fā)提供了重要途徑，同時有利于對電極材料催化機理的進一步探索，也為新型太陽

多位太陽能電池領域的專家均對這項原創(chuàng)性工作給予了極高的評價，認為該工作闡明了一個太陽能電池及其相關領域的重大科學問題——對電極催化機理，將理論計算與實驗技術相結合，提出了篩選對電極材料的總體設計指導原則，具有非常重大的科學意義。更為重要的是，成功開發(fā)出了一種如此普遍的低成本對電極替代材料(Fe2O3)，這一非凡的發(fā)現(xiàn)無疑將對電催化劑領域及太陽能電池領域產(chǎn)生重大的影響。

楊化桂教授2009年初進入華東理工大學工作，目前課題組主要研究方向為太陽能轉(zhuǎn)換與儲存新型材料和器件(光伏，電催化，光電催化及光熱化學等)的理論設計、制備和應用基礎研究。2005年在新加坡國立大學獲博士學位，2005年至2007年作為研發(fā)工程師任職于美國通用電氣(GE)公司，2007年至2008年在澳大利亞昆士蘭大學功能納米材料中心從事博士后研究。迄今已在Nature (2008, 453, 638)，Nat. Commun.(2013, 4, 1583)，Angew. Chem. Int. Ed. (2012, 51, 3611; 2011, 50, 3764;2004, 43, 5206;2004, 43, 5930)，J. Am. Chem. Soc.(2010, 132, 13162;2009, 131, 4078; 2009, 131, 12868; 2005, 127, 270)等國際SCI收錄期刊發(fā)表學術論文50余篇，論文被SCI他引共計3000余次，單篇最高引用700余次。

王海豐副教授主要從事利用密度泛函理論(DFT)計算研究多相(光電)催化材料電子結構、固體結構及表/界面特性、催化反應解析、多相催化基礎理論及高效金屬催化劑理論篩選等領域的工作。2008年8月至2010年8月于英國女王大學進行博士聯(lián)合培養(yǎng);2010年9月至2011年10月獲華東理工大學優(yōu)秀博士論文培育計劃資助，2012年3月獲工業(yè)催化專業(yè)博士學位;2012年3月至今任職于工業(yè)催化研究所/胡培君教授國家千人計劃團隊，并獲華東理工大學青年英才計劃(2012)。迄今已在在Nat. Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.(3篇)，J. Catal.，J. Phys. Chem. C(3篇)等國際重要學術刊物發(fā)表SCI論文近20篇。

上述研究得到了國家自然科學基金委、教育部、上海市科委的資助。

能電池未來的大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展提供了重要的理論依據(jù)及應用基礎，在解決能源危機和環(huán)境污染問題方面向前邁進一大步。