Ydeevne af methankonverteringsfast katalysator forudsiges ved teoretisk beregning

Figur 1. Molfraktionsændring Molfraktion langs reaktionstiden (-erne) beregnet ved reaktorsimuleringen. Indløbsgassen bestod af CH4, O2, og He (som inert gas). Det samlede tryk blev sat til P =1 bar, og det partielle trykforhold på CH4, O2, og han blev sat til 2:1:4. Den volumetriske strømningshastighed blev indstillet til 1 ml/s, og reaktionstemperaturen var 700 ° C. Katalysatorvægten var 1 g. Kredit:Atsushi Ishikawa

Japanske forskere udførte beregning af reaktionskinetisk information fra første-princip-beregninger baseret på kvantemekanik, og udviklede metoder og programmer til at udføre kinetiske simuleringer uden brug af eksperimentelle kinetiske resultater. Denne metode forventes at fremskynde søgningen efter forskellige materialer for at opnå et kulstoffrit samfund.

Japanske forskere har udviklet en simuleringsmetode til teoretisk at estimere ydeevnen af heterogen katalysator ved at kombinere første-princippets beregning og kinetiske beregningsteknikker. Indtil nu, simuleringsundersøgelser primært fokuseret på et enkelt eller begrænset antal reaktionsveje, og det var vanskeligt at estimere effektiviteten af en katalytisk reaktion uden eksperimentel information.

Atsushi Ishikawa, Seniorforsker, Center for Grøn Forskning i Energi og Miljømaterialer, National Institute for Materials Science (NIMS), udført beregning af reaktionskinetisk information ud fra første-princippets beregninger baseret på kvantemekanik, og udviklede metoder og programmer til at udføre kinetiske simuleringer uden brug af eksperimentelle kinetiske resultater. Derefter anvendte han resultaterne til den oxidative kobling af methan (OCM) reaktion, hvilket er en vigtig proces i brugen af naturgas. Han kunne med succes forudsige udbyttet af produkterne, såsom etan, uden eksperimentel information om reaktionskinetikken. Han forudsagde også ændringer i udbyttet afhængigt af temperaturen og partialtrykket, og resultaterne gengav trofast de eksisterende forsøgsresultater.

Denne forskning viser, at computersimuleringen gør det muligt at forudsige omdannelsen af reaktant og selektiviteten af produkter, selvom eksperimentelle data ikke er tilgængelige. Søgningen efter katalytiske materialer ledet af teori og beregning forventes at fremskynde. Desuden, denne metode er meget alsidig og kan anvendes ikke kun til methankonverteringskatalysatorer, men også til andre katalysatorsystemer, såsom til rensning af bilers udstødningsgas, kuldioxidreduktion og brintgenerering, og forventes at bidrage til realiseringen af et kulstoffrit samfund.

Figur 2. Undersøgelseskoncept Grafisk konceptfigur, der viser den kombinerede tilgang af førsteprincipberegning og mikrokinetik. Katalytiske aktiviteter såsom konvertering og selektivitet forudsiges. Det katalytiske reaktionsnetværk opnås også, så detaljeret analyse af katalysatorreaktionen er mulig. Kredit:Atsushi Ishikawa

Sidste artikelKemikere øger brugen af bor:At forhindre forbindelser i at nedbrydes kan hjælpe kemikere med at designe nye lægemidler

Næste artikelDet rigtige valg af malm kan skabe lavere emissioner