9月8日消息（论文9月8日提交arXiv，编号2609.08329），东京理科大学Manabu Ihara、Sergei Manzhos团队（Kexin Chen、William Dawson等，含泰国科研机构合作者）发表一项结合密度泛函理论（DFT）与密度泛函紧束缚（DFTB）方法的研究，揭示通过能带结构调控氧化锆（ZrO2）纳米粒子一氧化碳吸附性能的机制。

团队开发了DFTB-FF混合框架：能带计算沿用Slater-Koster框架，而结构优化与吸附性质的精度则通过在DFTB中引入经典长程原子间势（替代传统排斥势）来控制；此外引入配位数依赖的Zr-C势，以区分体相类晶面位点与欠配位的尖端/棱边位点，改善CO吸附描述。该框架显著提升了几何优化的稳健性，为DFTB方法推广至复杂氧化物纳米结构提供了实用策略。

计算对象为数纳米级、实验相关尺寸的ZrO2纳米粒子。核心发现有二：其一，表面终止的化学计量比可用来设计本征、p型或n型电子结构，从而调谐氧化锆纳米粒子的吸附活性；其二，化学计量比粒子不激活C-O键，而富Zr（n型）粒子的低配位位点对CO产生化学吸附，伴随电荷向CO反键LUMO衍生轨道的转移，导致C-O键活化。研究表明，化学计量比控制的电子结构与纳米化引入的欠配位表面位点共同主导氧化锆的吸附强度与反应性。

ZrO2是催化与电化学领域的重要载体与活性组分（用于CO氧化、水气变换、固体氧化物燃料电池电极等），CO吸附与活化是其表面催化的模型反应。本研究给出的"化学计量比-能带-吸附活性"构效关系，为通过合成手段（还原气氛处理、尺寸控制）精确设计氧化物纳米催化剂表面提供了理论蓝图，混合DFTB-FF方法本身也降低了纳米尺度第一性原理模拟的成本门槛。 （来源：arXiv）