|
|
Researchstages en afstudeerprojectenBerekeningen en computer simulaties hebben enkele duidelijke voordelen ten opzichte van metingen en experimenten. Ze zijn goedkoper, veiliger, sneller, minder belastend voor ons milieu, en ze geven vaak gedetailleerdere informatie. Als nadeel hebben ze dat ze soms minder nauwkeurig zijn. Dit komt omdat het vaak niet duidelijk is hoe een systeem goed genoeg gemodelleerd moet worden, of omdat zeer gedetailleerde berekeningen te complex en omvangrijk zijn zodat benaderingen gebruikt moeten worden. Ontwikkelingen op het gebied van hard- en software, zorgen ervoor dat dit nadeel steeds kleiner wordt. In de Theoriegroep van SKA wordt daarom, naast het onderzoek naar verbeteringen van theoretische en computationele methoden, voornamelijk gewerkt aan de toepassing van die methoden op heterogene katalytische processen. De meeste mensen in de Theoriegroep werken aan de berekening van de structuur en energie van reactanten, producten, intermediaren, en overgangstoestanden van reacties op katalysatoren. Dit wordt gedaan met kwantumchemische methoden. De informatie die dit oplevert kan gebruikt worden om voorspellingen te doen over mechanismen voor reacties op overgangsmetalen (a), (b), (c) en in zeolieten. Zeolieten zijn belangrijk voor zuurgekatalyseerde reacties. De aciditeit van zeolieten wordt meestal bestudeerd met infrarood spectroscopie. De spectra laten vibraties zien; met name van de zure O-H-groep. We berekenen die spectra door te kijken naar de hoeveelheid energie die het kost om een systeem te vervormen. Ook daarbij worden weer kwantumchemische methoden gebruikt. Diffusie bemoeilijkt vaak de vorming van de gewenste producten in zeolieten. Wij bestuderen dat proces door die diffusie te simuleren. We doen dit op twee lengte- en tijdsschalen. Op atomaire schaal kijken we naar individuele moleculen in zeolietporiën. Op macroscopische schaal kijken we hoe concentraties in een hele reactor veranderen. De kinetiek van reacties op overgansmetalen is vaak niet de som van onafhankelijk van elkaar reagerende moleculen. Interacties tussen de moleculen, en ook defecten van het katalysatoroppervlak, segregatie van reactanten, en blokkering van reactiesites, zorgen voor allerlei collectieve effecten van alle moleculen op een katalysatoroppervlak. De Theoriegroep is een van de leidende groepen wat betreft de simulatie van deze effecten. Ook doen we simulaties aan veranderingen (reconstructies) van het oppervlak van een overgangsmetaal onder de invloed van de adsorptie van moleculen. Het doel van alle onderzoek in de katalyse is natuurlijk het vinden van betere katalysatoren. Wij simuleren het optimaliseren van katalysatoren en katalytische processen als evolutie in de biologische betekenis. Dit wordt gedaan met zogenaamde genetische algoritmen. Daarbij representeert genetisch materiaal niet levende organismen, maar katalysatoren. De katalysatoren kunnen zich "voortplanten", maar via "survival of the fittest" blijven uiteindelijk alleen zeer goede katalysatoren over. Omdat afstuurdeeronderwerpen voortdurend veranderen geven wij hier alleen een algemene beschrijving van het soort werk dat je kunt doen in de Theoriegroep. Meer concrete informatie kun je vinden op onze website. Nog leuker vinden we het als je eens komt praten. Tonek Jansen |