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近日，物理學權威期刊《Physical Review Letters》（《物理評論快報》）在線報道了我?；瘜W院計算化學中心龔學慶教授課題組的研究成果“Clustering of oxygen vacancies at CeO2(111): Critical role of hydroxyls”（Phys. Rew. Lett., 116, 086102 (2016)；文章鏈接http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.086102），該工作由博士生吳新平完成。
近20年來，許多實驗學家利用掃描隧道顯微鏡（STM）及原子力顯微鏡（AFM）研究了稀土二氧化鈰（CeO2）（111）面上的表面氧缺陷結構，觀測到高還原的CeO2(111)表面的氧缺陷有聚集傾向，并且主要以直線形和三角形為主。而諸多理論學家的計算結果卻與之相悖，指出氧缺陷之間存在“排斥作用”，傾向于單個存在，導致了實驗與理論長達數(shù)十年的爭論。龔學慶教授及其博士生吳新平利用密度泛函理論（DFT）計算，創(chuàng)新性地提出并證實一種令人意想不到的解釋模型，即材料當中難以去除的羥基誘導了氧缺陷的聚集，能量上最優(yōu)及次優(yōu)的聚集形式恰好是直線形及三角形，與實驗結果完全吻合。該研究工作不僅化解了二氧化鈰表面氧缺陷結構數(shù)十年來的爭論，并且更加規(guī)范了缺陷模型，同樣有助于研究其它可還原性金屬氧化物的缺陷結構及其物化性質(zhì)。

二氧化鈰（111）表面氧空穴和羥基物種“互惠作用”示意圖

該研究得到了國家自然科學基金“創(chuàng)新研究群體”以及“優(yōu)秀青年科學基金”項目的資助，前期工作也得到了盧冠忠教授領銜的“973”項目的支持。