第二届上海大学十大学术进展候选项目简介

（申报编号：XSJZ-202206)

一、学术进展名称及负责人

具有自主知识产权的计算数据库建立与热电材料应用

杨炯（材料基因组工程研究院教授）

二、项目背景：

自2011 年“材料基因组计划”提出以来，已有数个欧美研究单位开发了各自的计算材料数据库，极大地改变了材料领域的研发模式。但外国数据库的发展使国内的材料研究人员养成了“拿来主义”倾向，利用外国的数据来对接课题组的后端应用，快速发表论文。这一现状不利于国内材料研究领域的底层数字安全。

三、学术进展及创新点：

从建立基础的自动化算法出发，发展热电功能性质高通量算法，经过6年时间打造了以热电材料为主要研究对象的 MatHub 数据库，在并该材料领域取得了一系列出色的研究成果。主要创新点如下：

（1）开发了一系列具有自主知识产权的自动化流程以及电、热输运算法及程序，解决了热电材料高通量自动化计算的基础问题。

（2）通过高通量计算得到了Materials Hub数据库，简称MatHub，包含了80000余条无机晶体结构数据，30000余条电子结构信息，10000余条电、热输运性质，为热电领域国际上数据量最为丰富的数据库。

（3）基于MatHub数据库，开展了多项大数据理论筛选工作，理论预测结合实验验证已经得到多种新型热电化合物，如Cd₂Cu₃In₃Te₈，CuIn₅Se₈等，并在方法上提出了“功能基元设计”等理论设计新思路。

四、研究成果及应用情况、学术及社会影响：

1. 代表性成果（论著、专利及获奖）

（1）论著：“Functional-Unit-Based Material Design: Ultralow Thermal Conductivity in Thermoelectrics with Linear Triatomic Resonant Bonds”, Journal of the American Chemical Society, 144, 18552-18561, 2022

（2）论著：“High-Throughput Screening for Thermoelectric Semiconductors with Desired Conduction Types by Energy Positions of Band Edges”, Journal of the American Chemical Society, 144, 8030-8037, 2022

（3）论著：“Materials informatics platform with three dimensional structures, workflow and thermoelectric applications”, Scientific Data, 8, 236, 2021

2. 学术及社会影响

经过多年的发展，MatHub 数据库已经不仅限于本课题组研究工作的发表，还将目标瞄准到了热电材料领域，希望更多的热电课题组能搭上数字化转型的快车。目前为止，已有上海大学、中国科学院上海硅酸盐研究所、浙江大学、中国科学技术大学等多个热电实验课题组与本课题组合作发表研究工作。MatHub 数据库还拥有网站前端www.mathub3d.net，将所有计算结果免费公开，全世界范围内均可访问。团队负责人杨炯与研究生盛晔，因为在材料基因方面的工作，分别获得国际热电学会 2019 年青年科学家奖（当年仅 1 人次获奖）与 2022 年研究生奖（当年 3 人次获奖）。2023年负责人杨炯当选中国材料研究学会热电材料及应用分会理事。未来在 MatHub大数据的加持下，还将在人工智能方面进一步发力，开展热电材料数字化高地建设，推动整个热电领域的研发模式的迭代升级。