Accelerating the discovery of advanced materials is essential for human welfare and sustainable, clean energy. In this paper, we introduce the Materials Project (www.materialsproject.org), a core program of the Materials Genome Initiative that uses high-throughput computing to uncover the properties of all known inorganic materials. This open dataset can be accessed through multiple channels for both interactive exploration and data mining. The Materials Project also seeks to create open-source platforms for developing robust, sophisticated materials analyses. Future efforts will enable users to perform ‘‘rapid-prototyping’’ of new materials in silico, and provide researchers with new avenues for cost-effective, data-driven materials design.

The exact role of a defect structure on transition metal compounds for electrocatalytic oxygen evolution reaction (OER), which is a very dynamic process, remains unclear. Studying the structure-activity relationship of defective electrocatalysts under operando conditions is crucial for understanding their intrinsic reaction mechanism and dynamic behavior of defect sites. Co3O4 with rich oxygen vacancy (VO) has been reported to efficiently catalyze OER. Herein, we constructed pure spinel Co3O4 and VO-rich Co3O4 as catalyst models to study the defect mechanism and investigate the dynamic behavior of defect sites during the electrocatalytic OER process by various operando characterizations. Operando electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and cyclic voltammetry (CV) implied that the VO could facilitate the pre-oxidation of the low-valence Co (Co2+, part of which was induced by the VO to balance the charge) at a relatively lower applied potential. This observation confirmed that the VO could initialize the surface reconstruction of VO-Co3O4 prior to the occurrence of the OER process. The quasi-operando X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and operando X-ray absorption fine structure (XAFS) results further demonstrated the oxygen vacancies were filled with OH• first for VO-Co3O4 and facilitated pre-oxidation of low-valence Co and promoted reconstruction/deprotonation of intermediate Co-OOH•. This work provides insight into the defect mechanism in Co3O4 for OER in a dynamic way by observing the surface dynamic evolution process of defective electrocatalysts and identifying the real active sites during the electrocatalysis process. The current finding would motivate the community to focus more on the dynamic behavior of defect electrocatalysts.

Abstract The elastic constant tensor of an inorganic compound provides a complete description of the response of the material to external stresses in the elastic limit. It thus provides fundamental insight into the nature of the bonding in the material, and it is known to correlate with many mechanical properties. Despite the importance of the elastic constant tensor, it has been measured for a very small fraction of all known inorganic compounds, a situation that limits the ability of materials scientists to develop new materials with targeted mechanical responses. To address this deficiency, we present here the largest database of calculated elastic properties for inorganic compounds to date. The database currently contains full elastic information for 1,181 inorganic compounds, and this number is growing steadily. The methods used to develop the database are described, as are results of tests that establish the accuracy of the data. In addition, we document the database format and describe the different ways it can be accessed and analyzed in efforts related to materials discovery and design.

High interfacial resistance in Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)/Li cells is correlated with the presence of Li₂CO₃on LLZO surfaces.

Summary This paper introduces FireWorks, a workflow software for running high‐throughput calculation workflows at supercomputing centers. FireWorks has been used to complete over 50 million CPU‐hours worth of computational chemistry and materials science calculations at the National Energy Research Supercomputing Center. It has been designed to serve the demanding high‐throughput computing needs of these applications, with extensive support for (i) concurrent execution through job packing, (ii) failure detection and correction, (iii) provenance and reporting for long‐running projects, (iv) automated duplicate detection, and (v) dynamic workflows (i.e., modifying the workflow graph during runtime). We have found that these features are highly relevant to enabling modern data‐driven and high‐throughput science applications, and we discuss our implementation strategy that rests on Python and NoSQL databases (MongoDB). Finally, we present performance data and limitations of our approach along with planned future work. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

Understanding how electrocatalysts function in a nucleophile oxidation reaction (NOR) on anode, replacing the oxygen evolution reaction (OER) of water splitting, is vital to the development of hydrogen generation and organic electrosynthesis. Here, we propose that for β-Ni(OH)2 and NiO, the NOR activity origins are β-Ni(OH)O containing electrophilic lattice oxygen and NiO(OH)ads containing electrophilic adsorption oxygen, respectively. For β-Ni(OH)2, NOR is a two-step, one-electron reaction, including an electrogenerated catalyst dehydrogenation reaction and a spontaneous nucleophile dehydrogenation reaction. Therefore, the NOR activity of β-Ni(OH)2 can be markedly regulated by tuning the lattice oxygen ligand environment. For β-Co0.1Ni0.9(OH)2, the onset potential of NOR with different nucleophiles is ∼1.29 V (1 M KOH), which breaks the bottleneck of ∼1.35 V for most nickel-based catalysts. Overall, we identify the activity origins and propose the design principles of nickel-based catalysts for NOR. These provide theoretical guidance for the development of NOR and organic electrosynthesis in practical industrial applications.

The maximization of the mixing entropy with the optimal range of enthalpy in high-entropy alloys (HEAs) can promote the formation of a stable single solid-solution phase with the absence of competing intermetallic compounds. The resultant effects, such as lattice distortion, can contribute to excellent mechanical properties, which has motivated numerous efforts to develop and design single-phase HEAs. However, challenges still remain, particularly on quantifying the lattice distortion and relating it to materials properties. In this study, we have developed a NbTaTiV refractory HEA with a single body-centered-cubic (BCC) structure using an integrated experimental and theoretical approach. The theoretical efforts include thermodynamic modeling, i.e., CALculation of PHAse Diagram (CALPHAD). The microstructural evolutions have been investigated by systematic heat-treatment processes. The typical dendrite microstructure was observed, which is caused by the elemental segregation during the solidification in the as-cast condition. The structural inhomogeneity and chemical segregation were completely eliminated by the proper homogenization treatment at 1200 °C for 3 days. The homogeneous elemental distribution was quantitatively verified by the Atom Probe Tomography (APT) technique. Importantly, results indicate that this HEA exhibits the high yield strength and ductility at both room and high temperatures (up to 900 °C). Furthermore, the effects of the high mixing entropy on the mechanical properties are discussed and quantified in terms of lattice distortions and interatomic interactions of the NbTaTiV HEA via first-principles calculations. It is found that the local severe lattice distortions are induced, due to the atomic interactions and atomic-size mismatch in the homogenization-treated NbTaTiV refractory HEA.

Cubic garnet phases based on Al-substituted Li7La3Zr2O12 (LLZO) have high ionic conductivities and exhibit good stability versus metallic lithium, making them of particular interest for use in next-generation rechargeable battery systems. However, high interfacial impedances have precluded their successful utilization in such devices until the present. Careful engineering of the surface microstructure, especially the grain boundaries, is critical to achieving low interfacial resistances and enabling long-term stable cycling with lithium metal. This study presents the fabrication of LLZO heterostructured solid electrolytes, which allowed direct correlation of surface microstructure with the electrochemical characteristics of the interface. Grain orientations and grain boundary distributions of samples with differing microstructures were mapped using high-resolution synchrotron polychromatic X-ray Laue microdiffraction. The electrochemical characteristics are strongly dependent upon surface microstructure, with small grained samples exhibiting much lower interfacial resistances and better cycling behavior than those with larger grain sizes. Low area specific resistances of 37 Ω cm2 were achieved; low enough to ensure stable cycling with minimal polarization losses, thus removing a significant obstacle toward practical implementation of solid electrolytes in high energy density batteries.

Abstract Bessel beam has long been utilized in physics for its ability to maintain lateral confinement during propagation. When used for two-photon fluorescence microscopy, Bessel foci have enabled high-speed volumetric imaging of the brain. At high numeric aperture (NA), however, the substantial energy in the side rings of Bessel foci reduces image contrast. Therefore, a compromise between resolution and contrast has to be made, limiting Bessel foci in microscopy to low NA. Here, we describe a method of generating axially extended Bessel-droplet foci with much suppressed side rings. Shaping the excitation wavefront with novel phase patterns, we generated Bessel-droplet foci of variable NAs at high power throughput and scanned them interferometrically along the axial direction for continuous volume imaging. More resistant to optical aberrations than Bessel foci, Bessel-droplet foci enabled high-resolution and high-contrast volumetric imaging of synaptic anatomy and function as well as lymphatic circulation in the mouse brain in vivo .