一、原位测试中心

原位测试是研究催化、吸附、储能材料的重要手段，对于研究这些材料的工作机理不可或缺。相对于非原位测试，原位测试可获得反应过程中的真实可靠数据、动态变化信息、非平衡或瞬态信息；同时还避免了非原位测试由于样品制备和转移等步骤所带来的污染、迟豫和不可逆性等问题。近年来，越来越多的原位测试被陆续发明并用于材料研究中。

青岛大学能源与环境材料研究院原位表征与计算中心（以下简称“中心”）成立于2018年，建立起原位XRD测试技术、原位TEM测试技术、原位拉曼光谱测试技术及原位红外光谱测试技术，目前正在探索原位SEM和XPS测试技术。中心的原位测试已成功用于研究院的创新研究，取得的成果发表在国际学术期刊上，如Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater. 、Adv. Sci. 及Energy Storage Mater.。

图1. 中心搭建的原位测试系统

图2. PR-TNO的原位XRD测试（Adv. Sci. 2022，9: 2105119）：（a) 原位电池在3.0-0.8 V、0.3C和25 ℃（初始3个循环）下的三维原位XRD谱图和充放电曲线；（b) 原位电池在25℃下的二维原位XRD谱图；（c) PR-TNO在25 ℃下的晶格参数变化（初始3个循环）；（d) 原位电池在3.0-0.8 V、0.3C和-20 ℃（初始3个循环）下的三维原位XRD谱图和充放电曲线；（e) -20 ℃下原位电池的二维原位XRD谱图；（f) 在25 ℃（虚线）和 -20 ℃下（实线）PR-TNO的晶格参数变化。

图3. VPO5的原位TEM测试（Energy Storage Mater. 2022, 46: 366-373）：（a）原位TEM半电池装置示意图；（b）原始状态和（c）锂化状态的SAED图（白色和黄色标记的晶体指数均属于VPO5，橙色标记的晶面指数属于LiVPO₅）；在22秒（d）、30秒（e）和90秒（f）时记录的Li⁺嵌入过程的TEM图（在蓝色虚线的矩形中可清楚地看到应变条纹非常明显的运动）。

二、计算与模拟

计算与模拟是随着计算机发展所兴起的涉及材料科学、理论化学、物理学等多领域的交叉应用。其基于一定的物理化学原理，利用计算机对特定体系进行原子尺度的模拟计算，研究体系的结构、性质、动力学行为等，预测新材料、发现新机制，为实验提供理论解释和指导，从而在理论科学和实验科学之间架起一道桥梁。目前，计算与模拟中心拥有3台曙光I620-G20（18核36线程CPU×2、600G硬盘×3、128G内存）及3台自组装服务器（24核48线程CPU×2、1T硬盘、384G内存），此外本单位已购买VASP分子模拟软件可用于第一性原理计算。该方向目前主要研究内容包括：

1) 多相催化材料结构与性质

2) 储能材料结构与性质

3) 碳材料结构与表面化学

4) 材料界面电子结构及导向设计

5) 污染物转化机制

图4. BiVO₄与ZnO相互作用过程的AIMD计算及BiVO₄/ZnO异质结的能带结构与分波态密度图（Appl. Catal. B : Environ. 2021, 285: 119833）

图5. LaMnO₃钙钛矿表面1,2-二氯乙烯催化氧化机理（J. Hazard. Mater. 2021, 402: 123473）

图6. Na₂Ca(VO₃)₄中Li离子填充为点及扩散路径（Adv. Funct. Mater. 2022, 32: 105026）