Des chercheurs japonais ont développé une méthode de simulation pour estimer théoriquement les performances d’un catalyseur hétérogène en combinant les techniques de calcul des premiers principes (1) et de calcul cinétique. Jusqu’à présent, les études de simulation se concentraient principalement sur un seul ou un nombre limité de voies de réaction, et il était difficile d’estimer l’efficacité d’une réaction catalytique sans informations expérimentales.



Atsushi Ishikawa, chercheur principal, Centre de recherche verte sur l’énergie et les matériaux environnementaux, Institut countrywide des sciences des matériaux (NIMS), a effectué le calcul des informations cinétiques de réaction à partir de calculs des premiers principes basés sur la mécanique quantique, et a développé des méthodes et des programmes pour effectuer des cinétiques. simulations sans utiliser les résultats cinétiques expérimentaux. Il a ensuite appliqué les résultats à la réaction de couplage oxydatif du méthane (OCM), qui est un processus crucial dans l’utilisation du gaz naturel. Il a pu prédire avec succès le rendement des produits, tels que l’éthane, sans informations expérimentales sur la cinétique de réaction. Il a également prédit des changements de rendement en fonction de la température et de la pression partielle, et les résultats reproduisaient fidèlement les résultats expérimentaux existants.

Cette recherche montre que la simulation informatique permet de prévoir la conversion du réactif et la sélectivité des produits, même si les données expérimentales ne sont pas disponibles. La recherche de matériaux catalytiques menée par la théorie et le calcul devrait s’accélérer. En outre, ce procédé est très polyvalent et peut être appliqué non seulement aux catalyseurs de conversion du méthane, mais également à d’autres systèmes de catalyseurs tels que la purification des gaz d’échappement d’automobiles, la réduction du dioxyde de carbone et la génération d’hydrogène, et devrait contribuer à la réalisation d’un carbone- société libre.



La recherche a été soutenue par le programme de recherche fondamentale stratégique de JST, le programme de recherche précurseur pour la science et la technologie embryonnaires (PRESTO).

(1) Calcul des premiers principes Une méthode de calcul théorique pour résoudre des équations de mécanique quantique sans utiliser de paramètres empiriques, qui est souvent appliquée aux systèmes atomiques, moléculaires, solides et d’interface.