LEAPS-MPS: Stochastic Particle-Continuum Hybrid Simulation Method for Model Heterogeneous Catalysts under Reaction Conditions
LEAPS-MPS: Stochastic Particle-Continuum Hybrid Simulation Method for Model Heterogeneous Catalysts under Reaction Conditions
批准号:
2213368
负责人:
Changho Kim
金额:
$24.99万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2022
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2022-08-01 至 2024-07-31
中文摘要
该奖项全部或部分由《2021年美国救援计划法案》(公法117-2)资助。在这个由数学和物理科学理事会资助并设在化学部门的项目中,加州大学默塞德分校(UCM)的Changho Kim教授和他的学生将开发一种在计算机上模拟复杂化学反应的改进方法。许多重要的化学过程,从合成燃料到清理废气,都涉及到所谓的催化剂,即添加的化学物质,它能使反应进行得更快,产生更少的副产品。开发改进的催化剂是非常具有挑战性的,特别是用于气体、液体和/或固体化学物质结合反应的“多相催化剂”。这项研究的结果将是多相催化剂的计算机模型,可以帮助解释它们是如何工作的,并指导改进版本的设计。随着它们的发展,这些计算机模拟将与涉及多相催化剂的反应的实验结果进行测试。这个项目将为UCM的本科生提供研究机会和课外活动,UCM是一所少数民族服务机构。此外,金教授将为当地K-12教师和学生创建并领导教育活动,展示如何使用数学来理解化学。这些努力将有助于改善加州种族和经济多样化的中央山谷的科学教育,并有助于增加该地区的STEM劳动力。金教授计划开发能够有效模拟气固界面的随机混合方法。为此,本项目将把动力学蒙特卡罗方法(用于催化表面化学反应的原子分辨率描述)与波动流体动力学方法(用于介观尺度的流体动力学输运)结合起来。通过这种方式,表面化学的粒子描述中存在的固有热波动可以与气相的连续统描述无缝耦合。金教授将开发一种可扩展的实现策略,可以在高性能计算平台上有效地使用,他将使用金属表面一氧化碳氧化的例子进行理论和实验验证。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
This award is funded in whole or in part under the American Rescue Plan Act of 2021 (Public Law 117-2). In this project, funded by the Mathematical and Physical Sciences Directorate and housed in the Chemistry Division, Professor Changho Kim and his students at the University of California, Merced (UCM) will develop an improved method for simulating complex chemical reactions on computers. Many important chemical processes, from synthesizing fuel to cleaning exhaust, involve so-called catalysts, added chemicals which make the reaction proceed faster, with fewer unwanted byproducts. Developing improved catalysts is very challenging, especially “heterogeneous catalysts” which are used in reactions combining gas, liquid, and/or solid chemicals. The outcome of the research will be computer models of heterogeneous catalysts that can help explain how they work and guide the design of improved versions. As they are developed, these computer simulations will be tested against experimental results on reactions involving heterogeneous catalysts. This project will provide research opportunities as well as extracurricular activities for undergraduate students at UCM, which is a Minority-Serving Institution. Additionally, Prof. Kim will create and lead educational activities for local K-12 teachers and students, demonstrating how math is used to understand chemistry. These efforts will contribute to improving science education in California’s ethnically and economically diverse Central Valley and help increase the regional STEM workforce.Professor Kim will develop a stochastic hybrid method that efficiently simulates gas-solid interfacial systems. To this end, this project will couple the kinetic Monte Carlo method (for an atomistic-resolution description of chemical reactions on the catalytic surface) with the fluctuating hydrodynamics method (for hydrodynamic transport at the mesoscopic scale). In this way, intrinsic thermal fluctuations present in the particle description of surface chemistry can be seamlessly coupled with the continuum description of the gas phase. Prof. Kim will develop a scalable implementation strategy that can be used efficiently on high-performance computing platforms, and he will perform theoretical and experimental validations using the example of carbon monoxide oxidation on metal surfaces.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
期刊论文(1)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
DOI:
10.1016/j.jcp.2022.111819
发表时间:
2022-02
期刊:
J. Comput. Phys.
影响因子:
--
作者:
[Yuanran Zhu;Yunhao Tang;Changho Kim]
通讯作者:
Yuanran Zhu;Yunhao Tang;Changho Kim
国内基金
海外基金
登录
查看更多内容
时序释放Met/Qct-MPs葡萄糖响应型水凝胶对糖尿病创面微环境调节机制的研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2025
-
负责人:郭菁菁
-
依托单位:
脓毒症血浆中微粒(MPs)对免疫细胞的作用机制 及其免疫抑制的机制研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2025
-
负责人:潘柳华
-
依托单位:
中性粒细胞释放CitH3+MPs活化NLRP3炎性小体激活胆汁淤积性肝病肝内凝血活性
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2025
-
负责人:张津铭
-
依托单位:
人工湿地中典型MPs与SMX互作对氮转化过程影响机制研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2025
-
负责人:
-
依托单位:
六价铬和PET-MPs联合暴露诱导大鼠神经毒性铁死亡的机制研究
-
批准号:2024Y9704
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:10.0万元
-
批准年份:2024
-
负责人:唐宏阁
-
依托单位:
基于代谢组学的滋水清肝饮干预乳腺癌内分泌治疗相关MPS的多中心临床研究
-
批准号:
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2024
-
负责人:胡灿红
-
依托单位:
基于 MPS 方法的燃料熔盐高温氧化与凝固迁徙行为机理研究
-
批准号:24ZR1478500
-
项目类别:省市级项目
-
资助金额:--
-
批准年份:2024
-
负责人:伍建辉
-
依托单位:
Mps1磷酸化RPA2增强ATR介导的DNA损伤修复促进高级别浆液性卵巢癌PARP抑制剂耐药的机制研究
-
批准号:82303896
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:30万元
-
批准年份:2023
-
负责人:齐贡花
-
依托单位:
融合MPS与GAN的复杂地质结构三维重建方法研究
-
批准号:42372341
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:53万元
-
批准年份:2023
-
负责人:侯卫生
-
依托单位:
PS-MPs环境暴露干扰甲状腺—棕色脂肪对话引发糖脂代谢紊乱的作用及机制研究
-
批准号:82370847
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:49万元
-
批准年份:2023
-
负责人:魏刚
-
依托单位: