经答辩委员会讨论并无记名投票，一致通过了刘艳飞同学的博士学位论文答辩，并建议授予其工学博士学位。这本学位证书，不仅是为一段学业画上的完美句点，更是为刘艳飞通往灿烂未来开启的一扇大门。愿你带着这份宝贵的经历、知识和友谊，勇敢地奔赴下一场山海。前路或许有风浪，但请相信，你已拥有乘风破浪的勇气与力量。愿你保持热爱，奔赴山河，前程似锦，未来可期！

此前，英格兰vs伊朗预测 单斌教授团队（2022世界杯晋级名额 ）基于选择性ALD方法制备的Pt₁/CoO_x、Pt-Cu/CeO_x等精细纳米结构表现出优异的CO氧化活性和选择性（J. Mater. Chem. A, 2020,8, 10180; Nat. Commun., 2020, 11, 4240），DFT计算结合微反应动力学分析阐明了CO与H₂竞争氧化机制（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 27762）。与单原子催化剂（SAC）相比，双原子催化剂（DAC）不仅具备高原子利用率和高选择性等优势，同时有望通过协同效应和电子调控效应等打破线性比例关系极限，实现PROX性能的进一步提升。对此，单斌教授团队与云南省贵金属新材料集团有限公司张爱敏首席研究员团队合作，在ACS Catalysis期刊发表题为“Synergistic Dual-Atom Catalysts on Ceria for Enhanced CO Preferential Oxidation: Insights from High-Throughput First- Principles Microkinetics”的研究文章。

该项工作建立了包含了双原子模型构建、稳定性评估、反应网络DFT计算、微反应动力学分析和描述符识别等模块的高通量工作流。首先，以CeO₂(110)为载体构建了包含3d, 4d, 5d过渡金属和5种氧配位环境组合的2325种负载双原子构型，如图1所示。进而通过不同机器学习方法建立稳定性预测模型，其中基于压缩感知的符号回归方法（Sure Independence Screening and Sparsifying Operator, SISSO）表现出良好的预测效果，如图2所示。SISSO推荐的3D描述符表明，双金属原子的D电子数之和、电负性倒数之和以及氧配位数是影响稳定性的关键，且D电子数更少、电负性更低以及氧配位数适中对应更稳定的DACs。

进而面向所有同质DACs（M_A=M_B），如图3所示，高通量计算CO直接氧化、H₂直接氧化、OCOO、COOH、氧迁移和H（OH）辅助等可能发生路径中的关键基元步骤。结果表明，以适中氧配位数（N_O=2，*）为原点的包含OCOO、O迁移和直接氧化等路径构成的MvK催化循环被认为是主导机制，即O₂预解离的MvK机理。为验证该机理并量化分析影响CO氧化活性和CO₂选择性的关键因素，以实验报道的Ir₁-Ir₁ DAC作为代表，基于CO PROX全反应网络的DFT计算能量信息，在实验条件下进行微反应动力学分析。

为实现对DACs PROX性能的整体评估，基于团队提出的“态到态”方法建立了复合微反应动力学模型。受负载双原子影响而显著区别于干净CeO₂表面位点的区域被视为双原子限域位点，并对该区域进行整体化处理，即将限域位点中所有局域环境不同的可能共吸附组合视为相互独立的反应中间态，将基元反应视为相邻反应态之间的跳转。其中，氧迁移路径通过含氧物种的扩散沟通了双原子限域位点和干净CeO₂表面位点（平均场近似）。如图4所示，速率控制因子和选择性控制因子的计算结果表明，CO直接氧化（*→OO_s*）和OCOO（OO_s*→O_V*）路径主导了低温CO氧化活性，H₂直接氧化（*→OO_s*）和氧迁移路径（OO_s*→O_V*）是导致高温选择性下降的关键。进一步结合速率贡献度分析，将主导路径涉及的所有基元反应组合为简化PROX网络。与全反应网络求解结果的对比分析表明，简化网络能够实现对CO氧化速率、H₂氧化速率和CO₂选择性在PROX温度窗口内的近似描述。

随后，针对所有同质DACs进行简化网络的批量DFT计算，SISSO方法推荐的PROX性能描述符指向解离O₂的氧去除能（或氧空位形成能，E_Ov）、CO和H在金属位点的吸附能，其与CO氧化活性和选择性的关系如图5所示。H吸附能适中（-0.6~0.0eV）时，CO吸附能介于-2.0~-1.5eV、氧空位形成能介于2.6~3.2eV是兼具良好CO氧化活性和CO₂选择性的理想范围，且该区间可随H吸附的减弱而进一步扩大。Ir₁-Ir₁和Ru₁-Ru₁等贵金属DACs在同质DACs中接近活性火山图的顶端，同时也展现出良好的选择性，与实验报道相符，但PROX性能仍具提升空间。

而后，面向所有DACs针对PROX性能描述符进行高通量计算，从而预测其CO氧化活性和CO₂选择性，如图6所示。部分金基和贵金属基DACs，如Fe-Au、Cu-Au和Zn-Ru等，展现出优异的低温PROX性能。其中，Fe-Au、Fe-Ru等6种DACs在整个工作温度窗口均保持TOF>0.1s^-1且选择性>50%，被认为是DACs/CeO₂中最具潜力的PROX催化体系。最后以Fe-Au为例，分别针对Fe-Fe、Au-Au和Fe-Au进行微反应动力学对比验证和电子结构分析。结果表明Fe-Au兼具了Au-Au高活性和Fe-Fe高选择性的优势，这源于Au、Fe对活性氧结合强度以及氢吸附强度的有效协同调控。

综上所述，本项研究基于团队提出的态到态复合方法，面向金属氧化物负载型过渡金属双原子体系的CO PROX过程，开展了第一原理计算结合微反应动力学分析的机器学习辅助高通筛选工作，发现了数种潜在高效的双原子PROX催化剂，为负载型DACs的理性设计和性能调控提供了理论指导准则。

经过答辩委员会评议，唐元亭、吴妃锋同学均达到了博士生毕业要求和水平，顺利通过博士答辩，并建议授予工学博士学位。祝贺两位同学顺利毕业，希望他们在以后的工作中一帆风顺，前程似锦！

针对上述问题，英格兰vs伊朗预测 微纳中心单斌教授团队与郑州大学李庆奎教授先进靶材料研究中心团队在化工催化领域知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了最新研究成果，论文标题为“Active learning driven discovery of novel alloyed catalysts for selective ammonia oxidation（主动学习驱动的氨气选择性氧化合金催化剂发现）”，DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152300。郑州大学先进靶材料中心青年教师杨家强为论文第一作者，单斌教授和李庆奎教授为本文的共同通讯作者。

本研究提出了一种基于贝叶斯优化的多目标约束的新型合金催化剂主动学习搜索策略，旨在为氨气选择性氧化 (NH₃-SCO) 过程等复杂催化过程寻找兼具反应活性和选择性的催化体系，如图1所示。

首先基于过渡金属元素构建了包含超过1000种不同表面局域构型的合金体系大空间，主要是Ag、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir 和Rh七种金属作为基体元素，过渡族金属中除去有毒有害元素之外元素作为掺杂元素构建低指数晶面上的表面局域构型，如图2所示。另一方面，采用过去研究中得到~300种Ag、Ag、Cu、Pd、Pt、Ir 和Rh七种金属互相掺杂得到的合金表面局域构型数据作为小样本数据[J. Mater. Chem. A, 2022,10, 25238-25248]。基于小样本数据集训练面向NH3-SCO反应活性与选择性描述符的高斯过程回归模型（GPR）。过去研究发现NH3-SCO金属催化剂上当N结合能E(N)~4.50 eV时催化活性最优，同时氧原子E(O)结合越强N₂选择性越高[J. Mater. Chem. A, 2022,10, 12447-12457]。

进一步将纯相体系表面E(N) 和E(O)作为先验知识特征，表面和次表面原子平均信息以及晶面特征信息作为结构特征，共同构建了面向催化活性和选择性描述符预测的特征空间。注意，为了降低描述符之间的相关性，对活性描述符转化为|E(N)+4.50|，这样可以将求最接近中间值转变为求最小值。基于以上特征的小样本和大空间的数据分布如图3所示。可以发现，两者的特征空间分布存在明显差异，这意味着基于小样本的机器学习模型可能并不能适用于大空间的材料发现。

基于以上特征和描述符数据，进一步构建了催化活性描述符|E(N)+4.50|和选择性描述符E(O)预测的高斯过程回归模型（GPR），如图4所示。可以发现GPR模型展示了较好的预测精度和泛化能力，特别是E(O)预测模型在测试集的MAE低于0.177eV，R²~0.865。

基于得到的小样本高斯过程回归预测模型，结合帕累托解和贝叶斯优化方法建立多目标约束的合金催化材料理性设计的主动学习框架，如图5所示。该框架通过帕累托解策略处理多目标任务，选择数据集中非支配解作为兼顾活性和选择性的候选体系；同时可实现初期侧重于对未知区域的采样，提升描述符数据预测模型的精度，在后期侧重于对已知区域内潜在体系的搜索，兼顾探索-利用。具体流程如下：1) 采用NH₃-SCO催化描述符预测的小样本机器学习模型计算整个大材料空间体系的描述符数值和不确定度，并计算对应体系的采集函数EI函数数值。2) 选择EI数值最大的 10个体系并高通量计算对应的真实描述符数据。3) 预处理新体系的特征和描述符数据，加入并更新原始数据集，确定新数据集的双目标的帕累托最优解和前沿。4) 基于新数据集重新训练描述符预测模型。5）迭代以上步骤，直至相邻两次迭代的帕累托前沿不再变化，便可终止迭代。

基于以上框架，我们发现经过三次迭代共计30个构型的高通量计算，NH₃-SCO合金催化剂主动学习搜索即收敛，如图7所示。进一步对位于前沿和近邻前沿的合金体系进行简化反应机理的高通量计算，发现帕累托前沿上10种候选体系中的6种体系，7种前沿近邻体系中的3种，共计9种合金体系是潜在的兼顾活性和N₂选择性的催化体系。进一步合金局域结构稳定性理论计算也表明这些体系在热力学上是稳定的。

进一步考虑完整NH₃-SCO催化反应过程和微反应动力学方法研究了不同反应温度下催化性能，如图7所示。选择Pt_W_111_1候选体系作为代表，与Pt(111)晶面的催化性能进行对比，可以发现，Pt_W_111_1尽管展示出略低于纯相体系的本征催化活性（TOF），但具有远超于纯相体系的N₂选择性，实现了催化活性和选择性的合适取舍，因此更具有实际应用价值。这也进一步验证了主动学习搜索结果的合理性。

总结

本研究基于来自过去研究中的小样本数据训练催化描述符预测模型，并结合帕累托解策略处理催化活性和选择性双目标约束，采用基于贝叶斯优化的主动学习实现大空间最优值搜索，实现了小样本搜索大空间，低成本高效率发现新型催化体系。本研究也证明了即使基于粗略的代理模型和稀疏不平衡局域小样本，主动学习搜索仍可以发现隐藏在庞大数据空间中的潜在材料体系。

5月10日，英格兰vs伊朗预测 微纳中心单斌教授团队在化工催化领域知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表了最新研究成果，论文标题为“Deciphering the stability mechanism of Pt-Ni/Al₂O₃ catalysts in syngas production via DRM（揭示铂-镍/氧化铝催化剂在甲烷干重整制备合成气过程中的稳定性机理）”，DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151966。这项研究利用ALD技术制备了Pt-Ni/Al2O3双金属催化剂，成功在650 ℃下进行了48小时的DRM反应，保持了高转化率，且未出现活性下降，但产生了与Ni/Al2O3相似的大量积碳现象。对于这一特殊的实验结果，研究人员进一步研究了积碳的性质随反应时间的变化情况，揭示了催化剂在发生积碳的同时仍能保持高稳定性的机理。这一研究成果深化了我们对Pt-Ni催化剂在DRM反应中积碳行为的理解，并为开发更稳定的Ni基催化剂系统提供了新思路。

图1  论文首页

研究人员通过调节Ni/Al2O3基底表面Ni的化学状态以及ALD的沉积温度，制备了两种不同构型的Pt-Ni双金属催化剂：Pt-Ni合金和Pt表面修饰Ni纳米颗粒。通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）以及CO作为探针分子的漫反射傅里叶变换红外光谱（CO-DRIFTS）等手段对催化剂进行了结构表征，并揭示了不同工艺制备的Pt-Ni催化剂在构型上的差异。结果显示，Pt-Ni催化剂形成了PtNi合金，并且发生了Pt-Ni之间的电子转移。而采用预还原方法处理后在Ni/Al2O3表面进行Pt ALD沉积的PR Pt-Ni/Al2O3催化剂则未发生电子转移或形成合金相。

图2  催化剂的结构表征 (a) Pt-Ni/Al₂O₃, Ni/Al₂O₃, Pt/Al₂O₃催化剂的XRD图谱, (b) Pt/Al₂O₃, (c) PR 1% Pt-Ni/Al₂O₃, (d) 1% Pt-Ni/Al₂O₃催化剂的CO-DRIFTS光谱（自下而上，光谱分别对应CO吸附饱和后，经氩气吹扫2, 5, 8, 10, 14, 17, 20, 23, 27和30分钟后的情况。右上角的示意图展示了相应催化剂的结构，其中绿色球体代表Ni原子，黄色球体代表Pt原子）

研究人员对催化剂在650 ℃下的催化稳定性进行了详细测试。结果显示，两种构型的Pt-Ni催化剂均表现出了优异的稳定性。在最初的10小时内，催化剂经历了一个活化过程，随后在整个48小时的老化过程中保持了高活性。其中，Pt表面修饰Ni催化剂的转化率略高于PtNi合金样品的转化率，分别为74%和72%，而未加入Pt改性的Ni/Al2O3催化剂则迅速失活。这表明Pt的加入可以同时提升催化剂的初始活性及稳定性。随后，用热重分析（TGA）对催化剂的积碳含量进行了测试。结果如图3 (a)所显示，尽管Pt-Ni/Al2O3及PR 1% Pt-Ni/Al2O3样品在48小时内保持了高活性且没有出现衰减，但它们却生成了与Ni/Al2O3相近的积碳含量。这表明抑制积碳的生成并非本文所制备的Pt-Ni双金属催化剂提升DRM催化稳定性的原因。

图3  (a) 催化剂在老化48 h后的热重分析(TGA)及 (b) 拉曼光谱（其中I_D/I_G表示D带与G带的强度之比），(c) Ni/Al₂O₃及PR 1% Pt-Ni催化剂随着反应时间变化的积碳含量(TGA)及拉曼光谱中的D带与G带的强度之比(I_D/I_G)

图4  催化剂老化48 h后的形貌表征 (a-g) Ni/Al₂O₃催化剂在老化48 h后的TEM及EDS mapping图像，其中(f)为形貌结构示意图，(h-n) PR 1% Pt-Ni/Al₂O₃催化剂在老化48 h后的TEM及EDS mapping图像，其中(m)为形貌结构示意图

进一步研究表明，尽管产生了与Ni催化剂相近的积碳含量，但在老化48小时后，性能最优的Pt表面修饰Ni催化剂（PR 1% Pt-Ni）与Ni催化剂在DRM稳定性上存在显著差异（见图4）。这一差异归因于积碳的结构性质与位点的动态变化。具体来说，对于Pt表面修饰Ni催化剂，观察到CNTs逐渐沉积在Al2O3载体上，且石墨化程度较低（见图5）。由此产生的积碳未完全覆盖CH4的吸附、活化位点。然而，对于Ni催化剂，随着反应时间的延长，Ni纳米颗粒逐渐被大量低缺陷、高度石墨化的积碳包裹，阻碍了反应物在活性位点上的吸附，导致了催化剂的快速失活。

图5  Pt表面修饰Ni (PR Pt-Ni)与Ni/Al₂O₃催化剂的积碳机理示意图（图中展示了反应2 h与48 h的示意图，其中粉色长方体代表Al₂O₃载体，绿色小球代表Ni原子，黄色小球代表Pt原子，黑色不规则物体代表积碳）

本项工作通过精准制备Pt-Ni双金属催化剂，显著改善了Ni基催化剂在DRM反应中的性能。利用ALD技术在Al2O3载体上构筑了两种不同构型的Pt-Ni双金属催化剂：PtNi合金和Pt表面修饰的Ni催化剂。在DRM严重积碳的高温条件下（650 ℃），我们成功实现了Pt-Ni双金属催化剂的DRM催化活性和稳定性的双重提升。此外，我们首次对Pt/Ni和Ni催化剂的积碳性质随反应时间的动态变化进行了深入研究，并提出了新的抗积碳机理。我们揭示了Pt/Ni和Ni催化剂表面积碳的结构性质与活性位点在反应过程中的动态变化，为延长催化剂的使用寿命、解决DRM积碳失活问题提供了新的策略。

微纳中心硕士研究生赵瑞为第一作者，曹坤副教授、单斌教授为本文的共同通讯作者，英格兰vs伊朗预测 材料科学与工程学院材料成形于模具技术国家重点实验室为论文的第一完成单位（图1）。工作得到了加州大学河滨分校Fudong Liu教授和昆明贵金属研究所赵云昆研究员的大力支持。

经过答辩委员会评议，以上同学均达到了硕士生毕业要求和水平，顺利通过硕士答辩，并建议授予硕士学位。祝贺以上同学顺利毕业，希望他们在以后的工作中一帆风顺，前程似锦！

首先，微纳中心团队的领头人陈蓉老师以其卓越的学术背景和领导能力在学术年会上发表了令人瞩目的开场致辞。她回顾了微纳团队在2023年取得的杰出成绩，并对团队成员的努力和成就表示了高度赞赏和敬意。同时，她对未来的学术研究充满了信心，并提出了远见卓识的学术研究展望。陈蓉老师强调了学术研究的重要性和挑战，鼓励团队成员继续保持专注和耐心，在科研道路上保持学习和探索的激情。

陈蓉老师的开场致辞无疑为学术年会注入了强大的动力和激情。她的言辞激发了团队成员的热情，并激励他们继续不懈努力，为微纳科学的进一步发展做出更大的贡献。她的领导力和学术洞察力将为团队成员树立榜样，并鼓舞他们在学术研究中勇往直前，追求卓越。
随后，学术年会进入了主题演讲环节，各个研究小组的成员们以精心准备的PPT汇报和学术快闪等形式，生动展示了他们在科研道路上的不懈努力和创新成果。每个小组都展示了自己独特的研究方向和取得的重要进展，从纳米材料设计到微电子器件制备，从智能传感技术到催化应用，无不显示出2022世界杯晋级名额 设计与制造团队在多个领域的强大实力和丰硕成果。

在互动环节中，团队成员们积极提出问题并展开讨论，彼此分享着自己在研究中的心得和思考。学术交流的氛围洋溢着会场，思维的火花在交流中碰撞，催生出新的思路和创新的想法。团队成员们积极探索着各自研究领域的深度和广度，精益求精，努力突破科技边界，推动了微纳科学与技术的发展。

年会的互动环节不仅仅局限于单向的汇报和提问，还设置了丰富多元的茶歇和学术墙报展览环节，为团队成员提供了一个轻松放松的交流平台。学术墙报展览则让每个人都有机会展示自己的研究成果和想法，进一步推动了学术讨论的深入与广泛。整个互动环节充满了学术交流的氛围，团队成员认真思考、积极发声，相互启发和鼓励，共同构建了一个充满学术智慧的氛围。这种开放而积极的学术交流氛围鼓舞着团队成员们继续追求卓越，探索学术科研的无限可能性。

随着精彩的学术年会落下帷幕，单斌老师为此次年会活动做总结，激励整个微纳中心团队在新的一年以龙年之勇，锐意进取，追求更为卓越的学术成就。同时，感谢团队成员在过去的努力与贡献，并期待着在新的一年里，团队能够携手并进，书写更加辉煌的科研新篇章。

微纳科学团队学术年会迎来了一场与众不同的轰趴活动，点燃了整个夜晚的欢乐与热情。在夜幕降临之际，团队成员们纷纷参与其中，共同营造了一个充满活力与创意的欢乐空间。
活动由轻松有趣的”你画我猜”开始，成员们在一片欢笑声中展现出了自己独特的绘画技巧和猜测能力，拉近了彼此之间的距离，构建了融洽的团队氛围。”听曲识歌”环节成为了一场音乐的盛宴，音乐才子才女们纷纷展现自己的音乐底蕴，大家在音符中畅游，挑战着自己的听力极限，共同享受音乐的魅力。同时，”猜字迷”和博饼等富有趣味的竞猜活动更是点亮了整个夜晚，让每个人在游戏中尽情释放自己的活力。

成员们在轰趴的欢愉中，切身体验了团队的温暖与凝聚力，感受到了团队之间的深厚友情和互助精神。这场活动不仅仅是团队之间的欢乐交流时光，更是激发了团队成员内在的创造力和团队凝聚力。活动的举办不仅为学术年会锦上添花，也让每个人在轻松愉快的氛围中感受到了团队的温暖和凝聚力。这样的欢乐与温馨一定将成为团队珍贵的回忆，继续激励团队成员们在学术研究中不断追求卓越，共同书写更加辉煌的科研篇章。
新的一年里，我们期许龙年为我们带来更多的勇气和智慧，让微纳中心团队在学术科研的征途上乘风破浪，创造更为灿烂的明天！愿每个成员都能在团队的温暖中茁壮成长，共同迎接挑战，取得更大的成就。龙年吉祥，微纳中心再创佳绩！

主要经历

• 2023.9- 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2018.9-2022.6 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 学士

研究方向

主要经历

• 2023.9-至今 英格兰vs伊朗预测 机械科学与工程学院 硕士
• 2019.9-2023.6 武汉理工大学 船海与能源动力工程学院 学士

研究方向

主要经历

• 2023.9-至今 英格兰vs伊朗预测 材料科学与工程学院 博士
• 2020.9-2023.1 天津大学环境科学与工程学院 硕士
• 2016.9-2020.6 河北科技大学环境科学与工程学院 学士

研究方向