Computer Simulation of Proton Discharge on Electrodes

电极上质子放电的计算机模拟

• 批准号: 183318904
• 负责人: Professor Dr. Martin Korth
• 金额: --
• 依托单位: Lehrstuhl für Theoretische Chemie
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Units
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2016-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/183318904?language=en
• 关键词: Computer; Simulation; Proton; Discharge; Electrodes

Elektrochemische Reaktionen, insbesondere der Protonentransfer, stellen eine große Herausforderung für Theorie und Simulation dar. Die Modellierung des Transfers eines Protons und seiner Entladung an geladenen Elektrodenoberflächen ist besonders anspruchsvoll, da die Elementarschritte des Protonentransport nicht einmal näherungsweise vom Lösungsmittel Wasser entkoppelt werden können. Vielmehr sind die Lösungsmittelmoleküle an den Elementarschritten beteiligt. Auch wenn Methoden auf der Grundlage der elektronischen Strukturtheorie prinzipiell zur Untersuchung der Reaktion eines einzelnen Protons an der Elektrolyt-Metall-Grenzfläche herangezogen werden können, ist eine angemessene statistische Mittelung über die Vielfalt der möglichen Protonentransferpfade nur mit Kraftfeldmethoden möglich. Wir beabsichtigen, ein von uns kürzlich entwickeltes reaktives Kraftfeld auf der Grundlage des empirischen Valenzbindungsformalismus zu nutzen, um den Einfluss verschiedener experimenteller Parameter auf die Geschwindigkeit der Protonenentladung zu untersuchen. Unsere Untersuchungen sollen speziell in zwei Richtungen erweitert werden: (1) Direkte Simulationen sind auf die Untersuchung sehr schneller Reaktionen beschränkt. Moderne Umbrella-Sampling-Methoden erlauben dagegen die Charakterisierung der Landschaft der freien Energie der mobilen Protonen in verschiedenen Elektrolytlösungen und an verschiedenen Metallen, was die Bestimmung der freien Aktivierungsenergie und damit Entladungsgeschwindigkeiten auch für langsame Prozesse ermöglicht. (2) Wir beabsichtigen eine realistischere Modellierung der Elektrolytphase durch explizite Berücksichtigung von Gegenionen bzw. Pufferelektrolyt (andere Kationen und Gegenionen) und ihres Einflusses auf die Protonenentladungsgeschwindigkeit. Diese Untersuchungen gehen signifikant über unsere bisherigen Arbeiten hinaus, in denen sich ein einzelnes Proton durch eine reine Wasserphase im Kontakt mit einer geladenen Platinelektrode bewegt und anschließend entladen wird. Die Simulationen werden durch experimentelle Untersuchungen der Wasserstoffentwicklung über den Temperaturbereich von 120 bis 300 K ergänzt.

电化学反应，包括质子转移，为理论和模拟提供了一个大的实验室。Die Modellierung des Transfers eines Protons und seiner Entladung an geladenen Elektrodenoberflächen ist besonders anspruchsvoll，da die Elementarschritte des Protonentransport nicht einmal näherungsweise vom Lösungsmittel瓦塞尔尔entkoppelt韦尔登könnnen. Vielmehr sind die Lösungsmittelmoleküle an den Elementarschritten beteiligt.同样，根据电子结构理论的基本原理，用一种简单的统计方法来研究一个质子和一个电-金属-石墨韦尔登的反应，这是一种简单的统计方法，它只适用于用更复杂的Kraftmann方法来研究质子的迁移。我们可以看到，一个来自我们的kürzlich entwickeltes Kraftfeld auf der Grundlage des empirischen Valenzbindungsformalismus zu nutzen，um den Einfluss versedener experimenteller Parameter auf die Geschwindigkeit der Protonenentladung zu untersuchen。我们在两个韦尔登的研究中有以下几个问题：（1）直接模拟是研究中最重要的反应。现代伞状取样法测定了可移动质子在不同电解质和不同金属中的自由能的Landschaft特性，是对自由能和有害能量的测定，也是对相同工艺的一种评价。(2)我们将通过对BZW结构的分析来建立一个电解相的真实模型。质子的膨胀（以及阳离子和离子间的相互作用）及其对质子的影响。这一发现对我们的工作意义重大，因为在一个连接着一个铂电极的连接器中，有一个大的Wasserphase，一个小的质子。模拟韦尔登通过实验研究了120至300 K的水蒸气温度。