Descrizione del modulo "Dinamica dei processi di superficie indotti da chemi / fisiadsorbimento di atomi e molecole (PM.P07.004.011)"

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  • Descrizione del modulo "Dinamica dei processi di superficie indotti da chemi / fisiadsorbimento di atomi e molecole (PM.P07.004.011)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Avanzamento della conoscenza nei settori dell'energia e scienza dei materiali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • L'approccio MD ai processi di superficie si articola nei seguenti due punti: i) determinazione della superficie di energia potenziale (PES) molecola (atomo)-substrato nella sua dimensionalità completa; ii)studio della complessità dei fenomeni chimico-fisici dovuti all'interazione adsorbato-substrato da includere nella dinamica. Relativamente al punto i) importante sarà l'interazione con il modulo PM.P07.004.010 per la determinazione mediante calcoli di struttura elettronica delle proprietà dell'interazione gas/superficie e l'impiego di dinamica tipo Carr-Parrinello per lo studio del meccanismo di interazione. L'attività sarà focalizzata sullo studio della rottura del legame C-H in CH4 dovuta all'interazione della molecola di metano con la zeolite ZSM-5, per le potenziali applicazioni di questo sistema nel campo energetico. (literal)
Competenze
  • Il nucleo di dinamica molecolare di processi eterogenei di Bari ha consolidato notevole esperienza nello studio e caratterizzazione dei processi che avvengono all'interfaccia gas/superficie acquisita con lo sviluppo e implementazione di codici MD semi-classici e quanto-meccanici, a partire dagli inizi degli anni '80. Lo sviluppo di un modello collisionale semiclassico e uno quantistico-classico a diversi gradi di quantizzazione permette di descrivere, con buona accuratezza, le proprietà chimico-fisiche fondamentali di processi elementari dovuti alle interazioni molecola/atomo-superficie e di studiare il legame che esiste tra le caratteristiche strutturali del materiale e la sua attività catalitica. Attualmente il codice MOLSURFACE è tra i pochi esistenti in grado di descrivere processi di superficie assistiti dalla dinamica dei fononi e delle electron-holes del substrato. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Caratterizzazione e previsione dell'attività catalitica di nuovi materiali. (literal)
Tecnologie
  • Nell'ambito dei calcoli di struttura elettronica per la determinazione della superficie di energia potenziale il gruppo, e i suoi collaboratori, ha messo a punto un approccio computazionale per calcoli di cluster che ha mostrato la sua validità dando risultati in perfetto accordo con quelli ottenuti mediante calcoli di slab. (literal)
Obiettivi
  • L' obiettivo che ci si propone in questo modulo è la caratterizzazione della reazione di rottura del legame C-H in una molecola di metano interagente con la zeolite ZSM-5. (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni si è compiuto un notevole sforzo di indagine, tanto sperimentale che teorica, orientato allo studio della dinamica di reazioni elementari dovute all'interazione di atomi e molecole con superfici. Particolare attenzione è stata rivolta alla dissociazione indotta da chemiadsorbimento di biatomiche e piccole poliatomiche e alla ricombinazione di atomi su superfici metalliche e non. L'attività di ricerca è stata stimolata anche per l'interesse che queste reazioni hanno in diversi settori di interesse tecnologico, che vanno dalla catalisi classica (sintesi di NH3 catalizzata da Fe, Rh, sintesi del metanolo e produzione di idrocarburi) all'ambiente ( sensori molecolari per il monitoraggio di specie atmosferiche inquinanti CO, NOX su SnO2, abbattimento per chemiadsorbimento di specie inquinanti ), ai plasmi per la scienza dei materiali ( H su Si amorfo e cristallino; N, O su SiO2) alla fusione calda ( adsorbimento di H, D sulle pareti del divertor di impianti tokamak; sorgenti di ioni negativi H-), alla chimica degli spazi interstellari ( ricombinazione di H su grani di carbonio e/o idrocarburi aromatici ), fonti energetiche alternative ( produzione e storage di H). (literal)
Tecniche di indagine
  • Il metodo sostanzialmente consiste di tre passi distinti e interconnessi:1)determinazione di un cristallo modello tridimensionale della superficie in esame e determinazione per lo stesso dello spettro delle frequenze fononiche; 2)determinazione della superficie di potenziale su cui la reazione avviene; 3)integrazione delle equazioni del moto per risolvere temporalmente la dinamica delle specie coinvolte nella reazione. Il passo più critico è senza dubbio il secondo a causa della mancanza, nella maggior parte dei casi, di informazioni riguardanti grandezze come la distanza e l'energia di legame della specie incidente con la superficie. La determinazione di queste ultime procede mediante calcoli di struttura elettronica nell'ambito della teoria del funzionale densità, determinando gli stati di chemiadosrbimento ed eventualmente quelli di fisiadsorbimento. Dai risultati ottenuti si procede alla determinazione e/o implementazione del potenziale d'interazione multidimensionale. (literal)
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