Hiểu được sự tương tác giữa vật liệu và các loại hóa chất là rất quan trọng đối với các kỹ sư vì nó giúp họ xác định cách sử dụng tốt nhất cho cả cuộc sống hàng ngày và các ứng dụng cấp toàn cầu.
Tín dụng: Thư đánh giá vật lý (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.108001
Oxit kim loại, một vật liệu nhị phân gồm kim loại và oxy, được các nhà nghiên cứu rất quan tâm vì tầm quan trọng của chúng trong việc biến đổi việc lưu trữ, sản xuất và chuyển đổi năng lượng. Để nâng cao hơn nữa những khả năng đó, một nhóm nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật Swanson của Đại học Pittsburgh đã xác định một phương pháp mới để xem cách hydro và oxit kim loại tương tác với nhau.
Giannis Mpourmpakis, phó giáo sư và thành viên Khoa Cựu sinh viên Bicentennial tại Trường Swanson, giải thích: “Nhiều kỹ thuật thí nghiệm đã được sử dụng để hiểu hiện tượng này - từ quang phổ đến xúc tác”. "Những phương pháp này cung cấp một cái nhìn đa diện về cách vật liệu tương tác với các loại hóa chất, nhưng chúng có thể tốn kém và mất thời gian."
Mpourmpakis và nhóm của ông dựa vào phương pháp mô hình tính toán và học máy để thay thế hiệu quả phương pháp nghiên cứu khoa học thử và sai truyền thống. Mô hình phản ứng ảo của họ dự đoán chính xác những điều kiện điện hóa xảy ra khi hydro được đưa vào các oxit kim loại khác nhau.
Mpourmpakis cho biết: “Ý nghĩa lớn hơn là các mô hình giống như mô hình được phát triển trong nghiên cứu này – xem xét hình học cục bộ và tổng thể của vật liệu – có thể tìm thấy các ứng dụng đa dạng từ lưu trữ năng lượng đến xúc tác và sản xuất hóa chất”. "Bất kỳ ứng dụng nào nhạy cảm với cấu trúc của vật liệu đều có thể sử dụng mô hình này để phát triển mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất và xác định vật liệu có hiệu suất mong muốn.
Hơn nữa, mô hình tính toán cho phép chúng tôi kiểm tra và xác nhận một số lượng lớn vật liệu một cách an toàn và hiệu quả với chi phí thấp hơn nhiều với thành công lớn mà các nhà nghiên cứu khác sau đó có thể theo đuổi”.
Trường Swanson của Pitt trước đây đã công bố nghiên cứu về cách vật liệu tương tác với môi trường hóa học của chúng trong quá khứ. Vào tháng 5 năm 2022, nghiên cứu do chính nhóm nghiên cứu dẫn đầu đã bắt đầu tạo ra các chất xúc tác mới, bền vững dựa trên oxit vonfram và các hợp chất tương tự. Dự án đã sử dụng mô phỏng tính toán để hiểu cách oxit vonfram tương tác với hydro ở cấp độ phân tử và kết quả đã được xác minh thông qua thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Bài báo “Mối liên hệ toàn cầu và địa phương mô tả hydro và sự xen kẽ trong các oxit kim loại” đã được xuất bản gần đây trên tạp chí Physical Review Letters.
