近三年，我校理学院“物理电子学”学科赵二俊教授课题组采用“基于密度泛函理论的量子化学计算”系统地研究了不同非贵金属或非金属掺杂缺陷石墨烯构成的ORR电催化剂的催化性能，以及其催化活性的内在机制。探索解决具有高的氧还原反应(ORR)活性、结构稳定并且廉价的阴极催化剂是燃料电池研发中的关键科学问题。
课题组首先针对非金属磷(P)掺杂缺陷石墨烯进行了研究，结果表明P 掺杂石墨烯具有较高的ORR活性，可用来替代铂催化剂。相关成果“Theoretical insights on the reaction pathways for oxygen reduction reaction on phosphorus doped graphene”被JCR一区TOP期刊Carbon收录(Carbon, 2016 (105) 214-223;IF:6.198)。在此基础上，继续研究了非贵金属锰(Mn)和非金属磷(P)共掺杂缺陷石墨烯催化剂。相关成果“Theoretical Investigation on the Reaction Pathways of the Oxygen Reduction Reaction on Graphene Codoped with Manganese and Phosphorus as a Potential Nonprecious Metal Catalyst”被JCR二区期刊ChemCatChem作为封面文章收录(ChemCatChem, 2016 (8) 3353–3360; IF: 4.724)。该系列工作预测新型高效的廉价催化剂，揭示ORR的活性位点和反应机理，探索影响和诱导ORR活性的关键物理化学因素及其规律性。
科研成果被国际顶级或重要期刊刊载情况如下：
1. Xiaowan Bai, Erjun Zhao*, Zhijian Wu,et al. "Theoretical insights on the reaction pathways for oxygen reduction reaction on phosphorus doped graphene", Carbon, 2016 (105) 214-223. (工程技术类1区Top；影响因子：6.198)
2. Xiaowan Bai, Erjun Zhao*, Zhijian Wu,et al. "Theoretical investigation on the reaction pathways for oxygen reduction reaction on silicon doped graphene as potential metal-free catalyst", Journal of The Electrochemical Society, 2016 (163) F1496-F1502.(工程技术类2区Top；影响因子：3.014)
3. Xiaowan Bai, Erjun Zhao*, Zhijian Wu,et al. "Theoretical investigation on the reaction pathways of the oxygen reduction reaction on graphene codoped with manganese and phosphorus as a potential nonprecious metal catalyst", ChemCatChem, 2016 (8) 3353–3360. (化学2区；影响因子：4.724)
4. Xiaowan Bai, Erjun Zhao*, Zhijian Wu,et al. "Direct four-electron process on Fe-N3 doped graphene for oxygen reduction reaction: a theoretical perspective", RSC Advances,2017 (7) 23812-23819. (化学2区；影响因子：3.289)
以上研究对非贵金属和非金属掺杂缺陷石墨烯电催化剂的反应活性位点，ORR机理，以及外电势影响下的自由能的变化进行了深入的理解和认识，为制备出成本低，活性高，抗CO毒化能力强的质子交换膜燃料电池阴极电催化剂的实验研究提供了理论参考与指导，研究生白晓婉完成主要工作。
赵二俊教授课题组多年来一直致力于新型功能材料理论设计研究。研究工作得到了国家自然科学基金（21261013）、内蒙古自然科学基金（2011BS0104、2015MS0120）、内蒙古自治区“青年科技英才支持计划”（NJYT-15-B16）、内蒙古自治区高等学校创新团队发展计划（NMGIRT-A1603）、内蒙古工业大学科学研究项目、校级首届中青年学术骨干计划等项目支持。
