Figur 1. Ändring av molfraktion Molfraktion längs reaktionstiden beräknad med reaktorsimuleringen. Inloppsgasen bestod av CH4, O2, och Han (som inert gas). Det totala trycket sattes till P =1 bar, och det partiella tryckförhållandet CH4, O2, och han var inställd på 2:1:4. Det volymetriska flödeshastigheten sattes till 1 ml/s, och reaktionstemperaturen var 700 ° C. Katalysatorvikten var 1 g. Upphovsman:Atsushi Ishikawa
Japanska forskare utförde beräkning av reaktionskinetisk information från första principberäkningar baserade på kvantmekanik, och utvecklat metoder och program för att utföra kinetiska simuleringar utan att använda experimentella kinetiska resultat. Denna metod förväntas påskynda sökandet efter olika material för att uppnå ett kolfritt samhälle.
Japanska forskare har utvecklat en simuleringsmetod för att teoretiskt uppskatta prestandan för heterogen katalysator genom att kombinera första principer beräkning och kinetisk beräkningsteknik. Tills nu, simuleringsstudier fokuserade huvudsakligen på ett enda eller begränsat antal reaktionsvägar, och det var svårt att uppskatta effektiviteten av en katalytisk reaktion utan experimentell information.
Atsushi Ishikawa, Seniorforskare, Center for Green Research on Energy and Environmental Materials, National Institute for Materials Science (NIMS), utförde beräkning av reaktionskinetisk information från första principberäkningar baserade på kvantmekanik, och utvecklat metoder och program för att utföra kinetiska simuleringar utan att använda experimentella kinetiska resultat. Sedan tillämpade han resultaten på den oxidativa kopplingen av metan (OCM) reaktion, vilket är en viktig process vid användning av naturgas. Han kunde framgångsrikt förutse utbytet av produkterna, såsom etan, utan experimentell information om reaktionskinetiken. Han förutspådde också förändringar i utbyte beroende på temperatur och partiellt tryck, och resultaten återger troget de befintliga experimentella resultaten.
Denna forskning visar att datasimuleringen möjliggör prognoser för omvandling av reaktant och selektivitet för produkter, även om experimentella data inte är tillgängliga. Sökandet efter katalytiska material som leds av teori och beräkning förväntas påskynda. Vidare, denna metod är mycket mångsidig och kan tillämpas inte bara på metanomvandlingskatalysatorer utan även på andra katalysatorsystem, såsom för bilavgasrening, koldioxidreduktion och vätebildning, och förväntas bidra till förverkligandet av ett kolfritt samhälle.
Figur 2. Studiens koncept Grafisk konceptfigur som visar det kombinerade tillvägagångssättet för första principberäkning och mikrokinetik. Katalytiska aktiviteter som konvertering och selektivitet förutses. Det katalytiska reaktionsnätet erhålls också, så detaljerad analys av katalysatorreaktionen är möjlig. Upphovsman:Atsushi Ishikawa
