Obliczeniowe wskazówki do stworzenia struktury obiecującego katalizatora konwersji energii

Wodór jest obiecującym źródłem czystej energii, która może być pozyskiwana z wody. Proces ten nie należy do łatwych, ale jest możliwy do przeprowadzenia przy pomocy odpowiedniego katalizatora. Ostatnio naukowcy opracowali jeden z takich katalizatorów, tlenek żelaza z domieszką niklu, jako wysoce aktywnego związku, który może przyspieszyć reakcję rozkładu wody do wodoru, ale mechanizm jego działania nie jest jeszcze dobrze poznany.

Bez tytułu

Rys. 1 Struktura β mozaiki-NiOOH i jej możliwych struktur

Naukowcy z Uniwersytetu Princeton przedstawili strukturę aktywnego składnika katalizatora- tlenku niklu, znanego jako β-NiOOH, za pomocą obliczeń teoretycznych. Zespół badaczy prowadzony przez Annabella Selloni, profesora chemii w Princeton, opublikował wyniki w The Journal of Physical Chemistry Letters[1].

„Zrozumienie struktury jest podstawą do dalszych badań właściwości materiału. Jeśli nie znasz struktury materiału, nie wiesz jaki wpływ wywiera ona na jego działanie”, mówi Selloni. Określenie dokładnej struktury tlenku niklu w sposób doświadczalny jest trudne, ponieważ ulega ona ciągłym zmianom w trakcie trwania reakcji.

Zespół badawczy połączył teoretyczne wyniki z „algorytmem genetycznym”, aby zagłębić strukturę katalizatora. Algorytmy genetyczne działają w oparciu o zestaw parametrów, które czerpią informacje z ewolucji, tworząc kolejne pokolenia struktur, by ustalić najlepsze „dopasowania” lub najbardziej prawdopodobnych przedstawicieli danej struktury.

Biorąc pod uwagę wyniki wyszukiwania algorytmu genetycznego w połączeniu z technikami obliczeniowymi, znanymi jako teorie obliczeń funkcjonalnych hybryd gęstości, które pozwalają oszacować elektronową strukturę cząsteczki – Li i Selloni byli w stanie zidentyfikować strukturę tlenku niklu, która poparła dotychczasowe obserwacje.

Jedną z takich obserwacji jest mozaika tekstury materiału, zbudowana z drobnych ziaren, pełniących rolę mikrostruktur. Naukowcy twierdzą, że te mikrostruktury tworzą stabilne układy tunelowe zmniejszające napięcie między warstwami. Kolejną obserwowaną cechą jest dwukrotne zwiększenie odległości pomiędzy warstwami wykonanymi z tego samego materiału, określane jako okresowość osi C, którą reprezentują naprzemienne warstwy Ni(OH)2 i NiO2 tworzące się podczas reakcji.

Naukowcy planują prowadzić dalsze badania w celu lepszego zrozumienia struktury katalizatora.

1. Ye-Fei Li, Annabella Selloni. Mosaic Texture and Doublec-Axis Periodicity of β-NiOOH: Insights from First-Principles and Genetic Algorithm Calculations. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2014; 5 (22): 3981 DOI: 10.1021/jz502127g

2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141218141108.htm

Opracowała: Anna Marczewska

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*