对含量)在pca图中并未显示出与活性(用达到1oa2电流密度所需的过电位η??表示)的明确线性关系。
然而,当张诚引入了一些复合参数,例如“(金属a的电负性x含量)+(金属b的离子半径x含量)”
或者“(比表面积)x(某个xps峰位的结合能位移)”
等看似非常规的组合时,在二维投影图上,高活性样品突然清晰地聚集在了一个特定的区域!
“这提示我们,”
张诚对周教授解释说,“催化活性可能并非由单一因素决定,而是由几种微观电子结构因素和宏观结构因素的‘协同耦合’所控制。
我们需要寻找的是这种‘协同描述符’,而不是孤立的参数。”
第二步,动力学数据的深度挖掘。
对于棘手的反应动力学问题,张诚没有拘泥于传统的预设机理模型拟合。
他转而采用了一种更“唯象”
和“数据驱动”
的方法。
他先对计时电流曲线进行了时频分析,现高性能催化剂在反应初期存在一个特定的、缓慢变化的电流增长模式,其时间常数与阻抗谱中某个中频seicirc1e的变化时间尺度吻合。
这暗示了催化剂表面确实存在一个缓慢的“活化”
或“重构”
过程。
接着,他大胆地尝试将符号回归(一种基于遗传算法等方法,从数据中自动寻找数学表达式的手段)应用于电流-电位关系数据。
他没有预先假设反应路径,而是让算法自己去现最能拟合数据的数学形式。
经过大量计算,算法筛选出的最优表达式,并非经典的指数形式,而是一个包含电位对数和倒数项的复杂函数。
当张诚将这个数学表达式“翻译”
成可能的物理化学语言时,他推测这可能对应着一个表面活性位点密度随电位动态变化,且反应率受表面电场和反应中间体覆盖度共同调制的复杂机理。
第三步,多尺度建模的尝试。
基于以上数据分析的线索,张诚向周教授提出了一个需要计算化学支持的验证思路:能否对几个关键样品(高活性、低活性)进行密度泛函理论(dft)计算,但计算的重点不是孤立的一个完美表面,而是模拟在反应电位下,考虑表面吸附氧物种(oh,o,ooh)覆盖、以及可能存在的表面阳离子溶解重排后的动态表面结构,并计算其各步反应能垒。
同时,他建议将电化学阻抗谱数据用分布弛豫时间(drt)分析进行深度解析,将重叠的弛豫过程分离,以期关联到具体的表面过程(如电荷转移、传质、表面重构等)。
周教授团队被张诚这一系列层层递进、逻辑严密的分析和建议深深折服。
他们立刻协调资源,与合作的理论计算组一起,按照张诚的思路开展了dft计算和drt分析。
最终的突破性现,来自于dft计算与描述符分析的结合。
理论计算结果显示,对于高性能催化剂,在其动态重构后的表面上,并非所有步骤的能垒都降低,而是率控制步骤(rds)生了改变!
从通常的o到ooh的转化,转变为与界面质子-电子转移耦合的步骤。