КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-23-00125
НазваниеКомпьютерный дизайн катализаторов на основе высших боридов молибдена и хрома для задач энергетического перехода
РуководительКвашнин Александр Геннадьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий», г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2025 г. |
Конкурс№89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-604 - Многомасштабное компьютерное моделирование структуры и свойств материалов
Ключевые словаКатализ, бориды переходных металлов, компьютерный дизайн материалов, энергопереход
Код ГРНТИ29.03.77
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Основной научной проблемой, на решение которой направлен проект, является проведение систематических исследований, затрагивающих каталитические свойства высших боридов переходных металлов. В настоящее время таких исследований проведено не было. Эти уникальные материалы могут найти свое применение в задачах энергоперехода, в частности для более эффективного получения водорода из углеводородов, адсорбирования CO и CO2, окисления CO до CO2, восстановления NO и др.
Глобальная трансформация энергосистем требует разработки новых материалов, которые позволят осуществить переход наиболее эффективным образом. Например, вопрос декарбонизации и уменьшения углеродного следа требует разработки материалов с улучшенными каталитическими свойствами по сравнению с традиционно используемыми. Ускоренный процесс энергоперехода позволит не только решить экологические проблемы, но и снизить негативное влияние вредных выбросов на здоровье населения, что должно привести к уменьшению процента населения, страдающего такими заболеваниями, как рак.
Наиболее перспективными и малоизученными соединениями, потенциально обладающими необходимыми свойствами, являются высшие бориды переходных металлов. Следует отметить, что в последние годы активно исследуются карбиды переходных металлов в качестве катализаторов, в том числе и высокоэнтропийные карбиды, которые являются предметом исследований множества научных коллективов во всем мире. Однако бориды металлов не столь изучены, хотя обладают гораздо большим разнообразием кристаллических структур, а значит и свойств. Бор является намного более химически активным элементом по сравнению с углеродом, что должно положительным образом сказаться на каталитических свойствах высших боридов переходных металлов и их разнообразии.
В данном проекте планируется проведение систематического компьютерного исследования каталитической активности высших боридов молибдена и хрома посредством использования комбинации методов глобальной оптимизации и квантовохимических вычислений.
Новизна данного проекта заключается в непосредственном изучении возможностей протекания необходимых химических реакций (окисление CO, восстановление CO2, восстановление NO, конверсия углеводородов для получения водорода и др.) на поверхностях высших боридов хрома и молибдена. Как показывают немногочисленные публикации по изучению процессов получения водорода и кислорода, низшие бориды металлов могут быть крайне перспективными соединениями. Таким образом, есть основания полагать, что высшие бориды молибдена, хрома могут проявлять необходимые свойства для применения их в гетерогенном катализе.
Ожидаемые результаты
В рамках проекта будет проведено систематическое исследование термодинамической стабильности поверхностей высших боридов хрома и молибдена в различных кристаллографических направлениях, т.к. химические реакции проходят на поверхностях кристаллов. Для исследования возможных поверхностных реконструкций, которые могут значительно влиять на термодинамическую стабильность, будет проведен эволюционный компьютерный поиск термодинамически стабильной атомной геометрии каждой поверхности. Наиболее стабильные поверхности будут определены посредством построения Вульфа. Для выбранных поверхностей будет проведено моделирование адсорбции различных газов, участвующих в рассматриваемых химчиеских реакциях, найдены переходные состояния, построены барьеры переходов.
Проводимые исследования позволят определить наиболее стабильные поверхности высших боридов хрома и молибдена, обладающие потенциалом использования в качестве катализаторов. Кроме того, проведенные исследования позволят оценить условия термодинамической стабильности (давление, температура), необходимые для роста кристаллов в заданных направлениях, что является практически важным для многих областей науки и техники, а также для промышленности.
Планируемые результаты полностью соответствуют мировому уровню исследований в области поиска и исследования новых материалов с заданным набором свойств.
Соединения с такими свойствами могут быть использованы в теплоэнергетике, в промышленности, где осуществляется выброс парниковых газов в атмосферу.
Результаты проекта планируется опубликовать в виде серии статей, индексируемых в РИНЦ, WoS, Scopus, и докладов на российских и международных конференциях.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ