Razumevanje interakcija između materijala i hemijskih vrsta je ključno za inženjere jer im pomaže da odrede njihovu najbolju upotrebu kako za svakodnevni život tako i za aplikacije na globalnom nivou.
Metalni oksidi, binarni materijal metala i kiseonika, veoma interesuju istraživače zbog njihovog značaja u transformaciji skladištenja, proizvodnje i konverzije energije. Da bi unapredio te mogućnosti, tim sa Fakulteta inženjeringa Svanson Univerziteta u Pitsburgu utvrdio je novi način za sagledavanje interakcije vodonika i metalnih oksida.
„Brojne eksperimentalne tehnike su korišćene da bi se razumeo ovaj fenomen — od spektroskopije do katalize“, objasnio je Giannis Mpourmpakis, vanredni profesor i saradnik na fakultetu za dve stogodišnjice u Svanson školi. „Ove metode pružaju višestruki pogled na to kako se materijali povezuju sa hemijskim vrstama, ali mogu biti skupe i dugotrajne.“
Mpourmpakis i njegov tim se oslanjaju na svoj metod računarskog modeliranja i mašinskog učenja kako bi efikasno zamenili tradicionalni metod pokušaja i greške u naučnom istraživanju. Njihov virtuelni model reaktivnosti tačno predviđa koji elektrohemijski uslovi nastaju kada se vodonik ubaci u različite metalne okside.
„Veće implikacije su da modeli poput onog koji je razvijen u ovom radu — koji uzima u obzir lokalnu i globalnu geometriju materijala — mogu pronaći različite primene od skladištenja energije do katalize i proizvodnje hemikalija“, rekao je Mpourmpakis. „Svaka aplikacija koja je osetljiva na strukturu materijala može koristiti ovaj model za razvoj odnosa strukture i svojstva i identifikaciju materijala sa željenim performansama.
„Štaviše, računarsko modeliranje nam omogućava da testiramo i validiramo veliki broj materijala bezbedno i efikasno po mnogo nižoj ceni sa velikim uspehom koji drugi istraživači mogu dalje da nastave.“
Pitt’s Svanson School je ranije objavila istraživanje o tome kako materijali interaguju sa svojim hemijskim okruženjem u prošlosti. U maju 2022, istraživanje koje je vodio isti tim započelo je stvaranje novih, održivih katalizatora na bazi volfram oksida i sličnih jedinjenja. Projekat je koristio računarske simulacije da bi razumeo kako volfram oksid reaguje sa vodonikom na molekularnom nivou, a nalazi su verifikovani kroz laboratorijske eksperimente.
Rad „Globalne i lokalne veze opisuju vodonik i interkalaciju u metalnim oksidima“ nedavno je objavljen u Phisical Reviev Letters.
