张小明、刘国栋新型电子功能材料团队连续在拓扑电子化合物领域取得重要进展

rongshuxia

我院张小明教授、刘国栋教授与澳大利亚昆士兰科技大学寇良志教授合作，在拓扑电子化合物领域连续取得重要研究成果。拓扑电子化合物是刘国栋教授团队于2018年首次提出的新材料概念，其对非平庸拓扑物质态与电子化合物实现了有效融合，具有高电子迁移率、低功函数、鲁棒的拓扑表面电子态等特点，在电子发射器件、自旋电子学器件、高容错量子计算、高效催化剂等领域具有重要应用前景。拓扑电子化合物当前已经在多种非磁性材料体系获得广泛研究；然而，将磁性融入拓扑电子化合物的新材料、新物理、新应用还鲜有报道。
        张小明教授、刘国栋教授与昆士兰科技大学寇良志教授等，历时近一年完成对磁性拓扑电子化合物的高通量材料筛选，从材料数据库中超过14万种材料出发，结合多种判断手段，共筛选出276种电子化合物，其中51种展现出铁磁、反铁磁与间隙磁性。此外，对所有磁性拓扑电子化合物的电子结构、拓扑物质态、功函数等性质进行了系统研究，并发现它们在电子发射器、促进催化氨合成等领域比惯常材料具有显著的应用优势。该工作是国际上首个对磁性拓扑电子化合物的材料筛选、物性与应用全方面系统性地研究工作，于2023年2月23日在国际顶级期刊Journal of the American Chemistry Society (DOI: 10.1021/jacs.3c00284)上在线发表。该成果第一作者为张小明教授，我院博士研究生孟维真为共同第一作者，刘国栋教授和昆士兰科技大学寇良志教授为论文通讯作者。

图1 磁性拓扑电子化合物的高通量材料筛选、物性与应用

        此外，研究团队还发现，拓扑电子化合物可以作为理想载体阐述清拓扑催化剂领域内亟待解决的机制性关键科学问题。近年，多种拓扑材料被发现可以实现高效的催化行为，拓扑催化剂作为一新兴研究领域应运而生。然而，拓扑催化剂中催化性能和拓扑态之间的基本机制和潜在关系一直难以阐明。团队依托拓扑电子化合物C12A7:4e-在此方向取得重要进展，首次通过费米弧长度这一参数，建立起了拓扑物理量和催化参量之间的定量关系，揭示出拓扑催化剂的内在工作机制。该工作于2022年12月27日在国际顶级期刊Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202205940)上在线发表。我院博士研究生孟维真为第一作者，张小明教授、刘国栋教授和昆士兰科技大学寇良志教授为论文通讯作者。
        上述两个研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、河北省自然科学基金优青项目、河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室PI团队项目的支持。
        文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00284
        https://doi.org/10.1002/advs.202205940
        文章来源：河北工业大学
        刘国栋，1973年1月生,1993年毕业于中国矿业大学环境工程专业,获学士学位,2004年获河北工业大学材料物理与化学专业博士学位。2007年聘为河北工业大学化工学院教授。
       张小明，男，1987年出生，副教授，硕士生导师，河北工业大学“元光学者”，天津市青年人才托举工程入选者。2015年，博士毕业于中国科学院物理研究所，凝聚态物理专业。2016-2018年，在新加坡科技设计大学开展博士后研究工作，量子材料理论方向。2018年至今，就职河北工业材料科学与工程学院，材料物理与化学专业。