Quantum State Resolved Dynamics of Surface Reactions
表面反应的量子态解析动力学
基本信息
- 批准号:1462109
- 负责人:
- 金额:$ 40.5万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2015
- 资助国家:美国
- 起止时间:2015-04-01 至 2019-09-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Hua Guo of the University of New Mexico is supported by an award from the Chemical Theory, Models and Computational Methods program in the Chemistry Division to develop and apply state-of-the art theoretical approaches to study the dynamics of important elementary reactions occurring at the interface between gas molecules and metal catalysts. Such reactions play an increasingly important role in modern society. The Bosch-Haber process for producing ammonia, automobile catalytic converters, microchip manufacture, and hydrogen generation from steam reforming of natural gas are a few well-known examples. Yet our understanding of the mechanism and dynamics of interfacial reactions remains limited. This is largely because our lack of knowledge of elementary processes at the molecular level. A better understanding of these elementary processes will not only enrich our knowledge, but might also help the design of new and more efficient catalyst and better control of the catalytic reactions. Undergraduate, graduate students and postdoctoral associates participate in this research. Specifically, this proposal aims at a thorough understanding of quantum state resolved dynamics of surface reactions such as dissociative chemisorption and Eley-Rideal reactions, using state-of-the-art theoretical models and tools developed for these processes. Building on breakthroughs achieved in the previous funding period, the current research program focuses on the accurate determination of full-dimensional Born-Oppenheimer potential energy surfaces for the interaction of gas phase species with metal surfaces based on large numbers of density functional theory points, and high-dimensional quantum dynamics calculations on these potential energy surfaces. These studies represent a systematic and comprehensive approach to fundamental surface reaction dynamics and are expected to shed valuable light on the energy flow in the polyatomic system, activation mechanism, and the origin of the mode specificity and bond selectivity. Insights gained in these studies may also suggest future strategies to control interfacial chemistry. In addition, these high-level theories offer benchmarks for more approximate dynamic models and are expected to stimulate theoretical studies of other surface reactions. The computer codes and potential energy surfaces resulting from this research will be available to the broader community.
新墨西哥大学的郭华获得化学系化学理论、模型和计算方法项目的资助,开发和应用最先进的理论方法来研究发生在化学反应中的重要基元反应的动力学。气体分子和金属催化剂之间的界面。 这种反应在现代社会中发挥着越来越重要的作用。用于生产氨的博世-哈伯工艺、汽车催化转化器、微芯片制造以及天然气蒸汽重整制氢是一些著名的例子。然而我们对界面反应的机制和动力学的理解仍然有限。这主要是因为我们缺乏对分子水平基本过程的了解。 更好地理解这些基本过程不仅会丰富我们的知识,而且可能有助于设计新的、更高效的催化剂以及更好地控制催化反应。 本科生、研究生和博士后参与了这项研究。 具体来说,该提案旨在使用为这些过程开发的最先进的理论模型和工具,彻底了解表面反应的量子态解析动力学,例如离解化学吸附和 Eley-Rideal 反应。在上一资助期取得的突破的基础上,当前的研究项目重点是基于大量的密度泛函理论点,准确确定气相物质与金属表面相互作用的全维玻恩-奥本海默势能面,以及这些势能表面上的高维量子动力学计算。这些研究代表了基本表面反应动力学的系统和全面的方法,并有望为多原子系统中的能量流、活化机制以及模式特异性和键选择性的起源提供有价值的线索。这些研究中获得的见解也可能为控制界面化学的未来策略提供建议。此外,这些高级理论为更近似的动态模型提供了基准,并有望促进其他表面反应的理论研究。这项研究产生的计算机代码和势能面将提供给更广泛的社区。
项目成果
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