本研究方向基于原子尺度上的材料成分设计方法，对储能关键材料中的相成分及化学组成进行理论计算，为后期制备工艺参数的确定提供理论基础；采用第一性原理、分子动力学等计算材料学方法，以功能需求为导向，对储能关键材料进行多级精度组合计算，理论验证设计方法在能源领域的普适性，为储能材料性能预测提供理论指导。

实验室研究了二维Ti₂C MXene及其截止表面对催化活性的影响。基于表面氧化层对TiC催化活性的作用，对实验制备过程中必然存在O截止表面且比表面积更大的二维Ti₂C MXene，研究Ti₂C MXene 和分别由O^-、F^-和OH^-截止的Ti₂C MXene的催化活性，结果表明O原子表现出最强的吸附能力，其次是F、OH和H基团，催化活性趋势与吸附能的趋势一致，即：Ti₂CO₂>Ti₂CF₂>Ti₂C(OH)₂>Ti₂C。O^-截止的Ti₂C (Ti₂CO₂)具有最佳的催化活性，其ORR和OER过电势最低，分别为0.10和0.16 V，其费米能级附近的Ti-3d轨道被完全极化，导致其具有氧化O₂^2-的强氧化性能。实验中应尽量减少不利官能团的存在，多合成具有O^-截止的二维Ti₂C表面，为实验制备提供了重要指导作用。

实验室针对二维过渡金属硫属化物（TMDs）在转化反应的储能过程中，其性能受到自发聚集和不稳定电化学过程限制的瓶颈问题，研究了掺杂与缺陷对TMDs上碱金属的吸附扩散及导电性的影响，从原子层面设计电极材料并预测电池应用性能，通过比较掺杂TiS₂体系碱金属吸附能可筛选出高容量材料（图1）。同时B掺杂与缺陷TiS₂体系电荷密度差图可将电子转移过程可视化，揭示相互作用。以上工作提供了掺杂与缺陷对TMDs的电子特性和碱金属存储性能影响的基本认识，为后期功能需求提供了重要指导作用，相关成果已发表在Journal of Physical Chemistry C，Applied Surface Science等期刊上。

图1. 不同体系吸附构型与吸附能^[1]

代表性论文：

[1].  Ruixue Tian, Chaofeng Liu, Guifeng Zhang, Aimin Wu, Man Yao, Hao Huang*, Point defects-induced adsorption and diffusion of lithium on monolayer titanium disulfide: A first-principles study, Applied Surface Science, 2021, 553, 149448.

[2]. Ruixue Tian, Aimin Wu, Guifeng Zhang, Jia Liu, Ramon Alberto Paredes Camacho, Wenhua Yu, Shuyu Zhou, Man Yao, Hao Huang*; Adsorption and diffusion of alkali metals (Li, Na, and K) on heteroatom-doped monolayer titanium disulfide, Dalton Transactions, 2021, 50, 7065.

[3]. Qian Luo, Ruixue Tian, Aimin Wu, Xufeng Dong, Xiaozhe Jin, Shuyu Zhou, Hao Huang*, In-built durable Li-S counterparts from Li-TiS₂ batteries, Materials Today Energy, 2020, 17, 100439.

[4]. Ramon Alberto Paredes Camacho, Ruixue Tian, Jia Liu, Shuyu Zhou, Aimin Wu*, Hao Huang, Superior lithium-ion storage of V-doped MoO₃ nanosheets via plasma evaporation, Electrochimica Acta, 2021, 394, 139121.

[5]. Xiaozhe Jin, Ruixue Tian, Aimin Wu, Yadan Xiao, Xufeng Dong, Fangyuan Hu, Hao Huang*, Lithium-ion storage in molybdenum phosphides with different crystal structures, Dalton Transactions, 2020, 7, 2225.

[6]. Jia Liu, Aimin Wu, Ruixue Tian, Ramon Alberto Paredes Camacho, Shuyu Zhou, Hao Huang*, Man Yao*; Progressive lithiation of FeP₂ nanoparticles constrained inside the carbon shell, Materials Today Energy, 2020, 18, 100545.

[7]. Jia Liu, Man Yao, Aimin Wu, Jian Lu, Ruixue Tian, Wei Sun, Zhiwen Qiu, Wenhua Yu, Hao Huang*, Inverse capacity growth and progressive lithiation of SnP-semifilled carbon nanotubes anodes, Applied Surface Science, 2021, 568, 150844.