09:50 2022-01-15
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Programul ajută la accelerarea cercetării problemelor complexe de chimie
_ Programul ajută la accelerarea cercetarea problemelor complexe de chimie
Un parteneriat de succes pentru a ajuta la accelerarea și productivitatea aspectelor cercetării în chimie a fost reînnoit recent pentru încă patru ani.
Proiectul Exascale Catalytic Chemistry cu Sandia, Argonne și laboratoarele naționale Pacific Northwest, precum și universitățile Brown și Northeastern, au început în 2017 și reunesc chimiști în fizică și matematicieni aplicați pentru a proiecta instrumente de calcul pentru a profita de cele mai puternice computere din lume pentru a accelera înțelegerea catalizei eterogene, un complex problema de chimie.
Molecule în fază gazoasă transformate pe suprafețe metalice
Judit Zádor, directorul de proiect al Exascale Catalytic Chemistry, a adunat echipa de experți pentru a dezvolta modele pentru cataliză eterogenă - reacții ale molecule în fază gazoasă care au loc pe suprafețe metalice—fa ster și mai fiabil.
„Ceea ce aduce acest proiect cercetării catalitice este că încearcă să automatizeze crearea de modele complicate care sunt necesare pentru a descrie chimia complexă dintre gaze și suprafața catalitică”, a spus Judit. . „Chiar și pentru sisteme aparent simple, cum ar fi hidrogenarea CO și CO2, pot exista multe zeci de reacții care au loc pe o simplă fațetă a unui metal. Acest lucru poate crește la sute sau mai mult dacă luăm în considerare moleculele mai mari și suprafețele mai complexe. „
Chimiștii și inginerii studiază în mod activ aceste interacțiuni în probleme, inclusiv conversia unor molecule mai simple și mai ieftine în altele mai utile și mai scumpe. Cu noile instrumente dezvoltate, echipa lui Judit de la Sandia și nu numai poate crea modele și simula aceste reacții mai ușor și mai sistematic.
„Oamenii asambla în mod tradițional aceste mecanisme de reacție încercând să enumere manual reacțiile relevante, cât de bine pot. , apoi calculați proprietățile pentru fiecare reacție în mod individual. Este un proces lent și poate fi predispus la erori", a spus Judit.
"Partenerii noștri de la Brown și Northeastern au creat un cod de computer care poate enumera reacțiile și poate estima proprietățile lor pentru tine într-un mod sistematic”, a continuat Judit. „La Sandia creăm apoi coduri pentru a studia sistematic, dar automat, aceste reacții folosind chimia cuantică. De asemenea, am realizat instrumente de simulare și analiză pentru a interpreta modelele în ansamblu. Pacific Northwest National Laboratory contribuie prin expertiza sa în metoda chimiei cuantice de bază, în timp ce Brown, Argonne și Sandia dezvoltă împreună noi metode pentru a îmbunătăți termochimia.”
Îmbunătățirea chimiei pe rând
Pe lângă descoperirea unor științe interesante despre anumite sisteme, un obiectiv important al proiectul este de a oferi altor cercetători instrumente care să își poată prezice cu mai multă acuratețe propriile sisteme de interes și, în cele din urmă, să concentreze eforturile experimentale pe cele mai productive strategii catalitice. Aceste calcule sistematice pot prezice cu mai multă acuratețe ce interacțiuni vor duce la o reacție chimică dorită.
Judit a spus că a afla care interacțiuni sunt cele mai importante de modelat este asemănător cu a ști ce ramură a unui copac trebuie tăiată pentru a lua forma vrei.
„Pe o suprafață catalitică există întotdeauna căi chimice care ajung acolo unde vrei tu, dar există căi care ajung cu un produs pe care nu-l dorești”, a spus ea. „Dacă vă imaginați copacul, puteți urmări o ramură la dreapta și duce la rezultatul corect, dar urmați la stânga și duce la un rezultat nedorit. Dacă aveți un instrument automat și suficientă putere de calcul, aveți poate examina mult mai multe scenarii decât este posibil în mod tradițional teoretic sau experimental și vă poate ajuta să înțelegeți ce face ca o reacție catalitică să producă un produs dat.”
Un motiv important pentru care cercetătorii în chimie au nevoie de instrumente furnizate de calculul de înaltă performanță este că există sunt atât de multe reacții posibile de măsurat sau calculat.
„În ziua de azi ne putem permite să facem calcule precise nu doar pentru câteva dintre cele mai importante reacții, ci și pentru multe altele și obținem estimări îmbunătățite ale ratei de reacție”, a spus Judit. „Strategia acestui proiect este de a îmbunătăți modelele în mod iterativ. Propuneți un mecanism, selectați cele mai importante, dar mai puțin cunoscute părți, le îmbunătățiți și apoi îl conectați înapoi la mecanismul original. Acum aveți un mecanism mai bun și dacă tot nu este suficient de bun, faci o altă rundă. Această îmbunătățire circulară este un concept cheie al acestui proiect. Dacă parcurgeți de multe ori, ar trebui să obțineți precizia dorită."
Următoarea fază
p>Acum, că proiectul Exascale Catalytic Chemistry—finanțat de Biroul de Știință, Științe Energetice de bază, Divizia de Științe Chimice, Geoștiințe și Bioștiințe al DOE—a fost reînnoit pentru încă patru ani, Judit și echipa ei doresc să studieze modul în care chimia o moleculă dată de pe o suprafață catalitică este alterată de prezența altor molecule pe o suprafață.
„Acești așa-numiți co-adsorbați modifică rezultatul reacțiilor, deci sunt importante. Cu toate acestea, stabilirea calculele pentru aceste sisteme conduc la o complexitate extremă y, pentru că există prea multe moduri în care aceste molecule pot interacționa pe o suprafață.” spuse Judit. „Nu poți face asta manual și se pare că nu poți face asta doar cu puterea computerului. Va trebui să folosim învățarea automată pentru a folosi cadrele noastre de calcul. Este o provocare interesantă.”
Comentarii:
Adauga Comentariu