单斌教授领导的“先进材料设计实验室”的利用原子层沉积等纳米可控的实验手段，紧密结合跨尺度方法数值模拟以及先进的表征手段，研究新型催化和能源材料的奇特性质和器件性能。具体的研究领域包括:<br><br>1. 新型复合催化剂的理性设计<br><br>机动车尾气排放的一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物等是严重的大气污染物，是导致酸雨、雾霾等极端气候的根源之一，对人体健康和环境构成严重威胁。研究高效的复合催化剂以替代价格昂贵、储量稀缺的贵金属对汽车行业的发展及环境保护有着重要意义。我们致力于利用非常规的合成手段和气相沉积改性，并结合多尺度的方法优化其催化性能，研究催化机理，为设计发展新型催化剂提供新的思路。在前期工作中，结合实验和理论计算方法成功开发了新型的莫来石复合催化剂(Science, 2012)。后续的研究除了将复合催化剂用于尾气处理，也尝试将其用于燃料电池、光催化和光解水等和分解氧有关的催化反应，该项目获得国家重大科学研究计划青年科学家专题的资助。<br><br>2. 原子层沉积工艺的工艺流程和设备开发<br><br>原子层沉积技术（atomic layer deposition, ALD）已经逐渐成为了沉积功能薄膜的重要技术之一。该技术可以在纳米级尺度上精确控制物质成分和形貌，它可以将被沉积物质以单原子膜的形式一层一层的镀在基底表面。原子层沉积技术具有沉积大面积均匀薄膜，膜厚纳米级可控生长，低温条件沉积，适合各种复杂基底（如高深宽比的结构）的优异性能。这些独特的优势使原子层沉积技术在大规模集成电路、新型能源、催化剂，储能材料等方面均有着重要的应用前景。我们主要通过运用ANSYS，Fluent，Matlab等分析软件研究其腔体气流的流体运动以及热传导性质，利用第一性原理计算基元反应的路径，对原子层沉积的化学反应过程和反应中的流场分布进行模拟以确定和优化原子层沉积的工艺参数，利用PLC和FPGA等实现温控算法，研究开发适合特殊需求的原子层沉积设备。<br><br>3. 跨尺度模拟和材料基因组工程<br><br>2011年6月美国国家科学技术政策办公室组织了一个材料基因组计划（MGI），将材料计算设计、数据处理以及综合的工业化过程列为政府重点投资的方向，我国也特别组织了“材料科学系统工程”香山会议对材料计算设计进行了研讨。因为现代材料计算学的发展，通过材料计算而实现先进材料的设计成为可能。如果利用材料基因组的方法来进行材料设计，周期可以缩小一半，而费用则只有几分之一或几十分之一。 微观模拟和跨尺度模拟是材料基因组的核心组成。材料的性质，特别是力学性质，通常是多尺度的过程相互关联，包括从原子尺度到宏观尺度。目前我们的研究主要集中在基于第一性原理结果的原子势场开发，用反演势发展适合于跨尺度模拟的经验势场，并将其运用于TiAl合金等航空关键材料、锂电等储能材料的性质计算。课题组已经自主发展了基于Chen-Mobius反演的MEAM分子动力学程序，并且利用计算模拟成功预测了一些复合碳基材料的新构型和新型能。进一步，我们将设计低维碳基材料的杂化结构，包括纳米树芽、杂化管束、纳米支撑结构等，从理论上探索它们表现出来的新奇的力学、电学、光学等特性，并深入研究这些新型碳基杂化结构在纳米电子学以及能源材料如储氢，锂离子电池电极材料等方面的应用。<br><br>单斌教授在Science （IF=31.8）, ACS Nano （IF=9.8）, Phys. Rev. Lett.（IF=7.3）等国际权威期刊发表论文30余篇，其中部分科研成果已经成功实现产业化。课题组的研究领域涉及高效金属-氧化物复合催化剂的催化机理研究、原子层沉积（ALD）工艺的数值模拟、地维碳基材料的电子及输运性质研究和高精度的分子动力学原子势场的开发等。目前负责、参与的研究项目包括：国家重大科学研究计划青年科学家专题、国家自然科学青年科学基金、教育部创新团队、校自主创新基金、国际合作项目等。单斌教授同时还担任Physical Review Letters, Physical Review B, Composite Science and Technology, Nanotechnology, Applied Physics A, Journal of Nanoparticle Research, Journal of Physical Chemistry, Solid State Communications, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.等国际权威期刊的审稿人。