Multi-scale modeling of electrochemical interfaces: New methods and applications to RuO2 surfaces
电化学界面的多尺度建模:RuO2 表面的新方法和应用
基本信息
- 批准号:410880363
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2019
- 资助国家:德国
- 起止时间:2018-12-31 至 2022-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The computational simulation of electrochemical interfaces is a key methodology to understand electrochemical processes at a molecular level. Solid/liquid interfaces are subject to significant complexity due to the interplay of electrostatic interactions, charge transfer processes and the formation of an electrical double layer. Considering the intricate structure and dynamical processes at electrochemical interfaces and currently available computational resources, the simulation of realistic models with ab initio electronic structure theory is infeasible. In this project we develop new simulation protocols which combine simulation methods at multiple scales to achieve predictive, yet computationally inexpensive, models of electrochemical reactions at catalyst surfaces.As a prototypical example we focus on the electrochemical water oxidation reaction at RuO2/electrolyte interfaces. RuO2 is one of the most efficient catalysts for the oxygen evolution reaction in electrolyzers, but catalyst morphology and stability at operating conditions are still under debate. The intrinsic multiscale nature of electrochemical processes, which involve fast charge redistribution but also electrolyte diffusion processes at a nanosecond timescale, are addressed by complementary methods combining density functional and classical theories. Based on initial screening of surface structures using surface free energy calculations by ab initio thermodynamics, selected structures are used for the development of quantum/molecular mechanics (QM/MM) and implicit solvation techniques. The implemented methods are validated by experimental data and ab initio molecular dynamics simulations treating all components of a system strictly at the same level of density functional theory. From simulations of RuO2/electrolyte interfaces at open-circuit and operating conditions we address fundamental questions concerning morphology, stability and activity in relation to potential, pH and electrical double layer.
电化学界面的计算模拟是从分子水平上理解电化学过程的关键方法。由于静电相互作用、电荷转移过程和双电层形成的相互作用,固/液界面具有极大的复杂性。考虑到电化学界面复杂的结构和动力学过程以及现有的计算资源,用从头算电子结构理论模拟现实模型是不可行的。在这个项目中,我们开发了新的模拟协议,将多尺度的模拟方法结合起来,以获得可预测的、但计算成本较低的催化剂表面电化学反应模型。作为典型例子,我们重点关注RuO2/电解液界面上的电化学水氧化反应。RuO2是电解槽析氧反应最有效的催化剂之一,但催化剂的形态和在操作条件下的稳定性仍存在争议。通过结合密度泛函和经典理论的互补方法,讨论了电化学过程的内在多尺度性质,包括快速电荷再分配和纳秒时间尺度上的电解液扩散过程。在利用从头算热力学的表面自由能计算初步筛选表面结构的基础上,选定的结构被用于发展量子/分子力学(QM/MM)和隐式溶剂化技术。实验数据和从头算分子动力学模拟在密度泛函理论的同一水平上严格处理了系统的所有组分,验证了所实现的方法。通过对RuO2/电解液界面在开路和操作条件下的模拟,我们解决了与电位、pH和双电层有关的形态、稳定性和活性的基本问题。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Dr. Daniel Opalka其他文献
Dr. Daniel Opalka的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Dr. Daniel Opalka', 18)}}的其他基金
Critical points and structure of the potential-energy surface of Ozone in the Full-CI limit from quantum Monte-Carlo
量子蒙特卡罗全 CI 极限下臭氧势能面的临界点和结构
- 批准号:
217563460 - 财政年份:2012
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Research Fellowships
相似国自然基金
基于热量传递的传统固态发酵过程缩小(Scale-down)机理及调控
- 批准号:22108101
- 批准年份:2021
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于Multi-Scale模型的轴流血泵瞬变流及空化机理研究
- 批准号:31600794
- 批准年份:2016
- 资助金额:22.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于异构医学影像数据的深度挖掘技术及中枢神经系统重大疾病的精准预测
- 批准号:61672236
- 批准年份:2016
- 资助金额:64.0 万元
- 项目类别:面上项目
城镇居民亚健康状态的评价方法学及健康管理模式研究
- 批准号:81172775
- 批准年份:2011
- 资助金额:14.0 万元
- 项目类别:面上项目
嵌段共聚物多级自组装的多尺度模拟
- 批准号:20974040
- 批准年份:2009
- 资助金额:33.0 万元
- 项目类别:面上项目
宇宙暗成分物理研究
- 批准号:10675062
- 批准年份:2006
- 资助金额:26.0 万元
- 项目类别:面上项目
针对Scale-Free网络的紧凑路由研究
- 批准号:60673168
- 批准年份:2006
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:面上项目
语义Web的无尺度网络模型及高性能语义搜索算法研究
- 批准号:60503018
- 批准年份:2005
- 资助金额:23.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
超声防垢阻垢机理的动态力学分析
- 批准号:10574086
- 批准年份:2005
- 资助金额:35.0 万元
- 项目类别:面上项目
探讨复杂动力网络的同步能力和鲁棒性
- 批准号:60304017
- 批准年份:2003
- 资助金额:23.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
Fluency from Flesh to Filament: Collation, Representation, and Analysis of Multi-Scale Neuroimaging data to Characterize and Diagnose Alzheimer's Disease
从肉体到细丝的流畅性:多尺度神经影像数据的整理、表示和分析,以表征和诊断阿尔茨海默病
- 批准号:
10462257 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
CAREER: Evolutionary Games in Dynamic and Networked Environments for Modeling and Controlling Large-Scale Multi-agent Systems
职业:动态和网络环境中的进化博弈,用于建模和控制大规模多智能体系统
- 批准号:
2239410 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Continuing Grant
An Engineered Hydrogel Platform to Improve Neural Organoid Reproducibility for a Multi-Organoid Disease Model of 22q11.2 Deletion Syndrome
一种工程水凝胶平台,可提高 22q11.2 缺失综合征多器官疾病模型的神经类器官再现性
- 批准号:
10679749 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
A scalable cloud-based framework for multi-modal mapping across single neuron omics, morphology and electrophysiology
一个可扩展的基于云的框架,用于跨单个神经元组学、形态学和电生理学的多模式映射
- 批准号:
10725550 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Characterizing chemical threat agent exposures using a lung-on-a-chip platform and multi-omic analysis of common pathophysiological mechanisms
使用芯片肺平台和常见病理生理机制的多组学分析来表征化学威胁剂暴露
- 批准号:
10708553 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
AI models of multi-omic data integration for ming longevity core signaling pathways
长寿核心信号通路多组学数据整合的人工智能模型
- 批准号:
10745189 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Impact of Autonomic Dysfunction on Multi-Organ Dysfunction following Severe TBI: The AUTO-BOOST Study
严重 TBI 后自主神经功能障碍对多器官功能障碍的影响:AUTO-BOOST 研究
- 批准号:
10607731 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Establishment of a multi-center biobank of patient-specific induced pluripotent stem cells for pediatric sepsis research
建立用于儿童脓毒症研究的患者特异性诱导多能干细胞多中心生物库
- 批准号:
10649014 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Ssimusango: Multi-level intervention for intersectional stigma reduction to improve HIV outcomes for transgender women
西穆桑戈:多层次干预减少交叉耻辱,以改善跨性别女性的艾滋病毒结果
- 批准号:
10755926 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别:
Leveraging multi-omics to maximize the scientific value of pediatric sepsis biorepository and advance patient endotyping
利用多组学最大限度地发挥儿科脓毒症生物样本库的科学价值并推进患者内分型
- 批准号:
10731811 - 财政年份:2023
- 资助金额:
-- - 项目类别: