钛是地球上第九丰富的元素地壳，主要存在于氧化物和硅酸盐中。类似其他过渡金属，因为部分填充的 3d 外壳，它有多种氧化态，因此二元 Ti−O 体系具有丰富多样的稳定化学计量比，如 Ti₂O、Ti₆O、Ti₃O、和 Ti₄O₇。钛氧化物具有低毒性和许多独特的性能，包括催化活性和超导，也可用于太阳能电池。稳定氧化物的化学计量比和晶体结构受到压力的影响，同时外部压力可以极大地改变稳定性和电子结构，从而得到不寻常的特性。然而，大多数关于压力下 Ti-O 体系的研究仅限于二氧化钛。王俊杰教授团队在这项工作中，研究者将变成分晶体结构预测（USPEX）和数据挖掘（基于Materials Project）集合，系统研究不同结构的压力稳定区间，绘制了迄今为止最为准确的Ti-O体系二元相图，相图显示27 种化合物可以在不同压力下保持稳定。除此以外，研究者发现了4种新型Ti-O结构 P2₁/c-TiO₃、I4/mmm-Ti₃O₂、Imm2-Ti₅O₂和R-3̅-Ti₁₂O₅，同时证明P-6̅m2-TiO在高压下表现为电子化合物。

       该研究以“High-Pressure Phase Diagram of the Ti−O System”为题发表于知名期刊Journal of Physical Chemistry Letters。论文的第一作者是实验室博士生李琨，通信作者是王俊杰教授，西北工业大学凝固技术国家重点实验室是论文第一完成单位。

图1 新发现的四种结构及电子化合物的结构演示图

图2 Ti-O 压力-组分相图

图3 TiO₃的电子结构分析 （a）band图，（b）DOS图，（c）分子轨道模型，（d）结构对比和（e）COHP分析

图4 电子化合物TiO的表征（a）ELF（b）band 和dos图（c）Partial charge density

原文信息：Li, K.; Wang, J.; Oganov, A. R. High-Pressure Phase Diagram of the Ti–O System. The Journal of Physical Chemistry Letters 2021, 12 (23), 5486-5493.

论文连接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.1c01133?fig=fig3&ref=pdf