日本科学技术署 图1
摩尔分数变化通过反应器模拟计算的沿反应时间的摩尔分数
入口气体由CH4、O2和he(作为惰性气体)组成
总压力设定为1巴，CH4、O2和he的分压比设定为2∶1∶4
体积流速设定为1毫升/秒，反应温度为700℃
催化剂重量为1克
信用:石川笃 日本研究人员从基于量子力学的第一性原理计算中进行反应动力学信息的计算，并开发了在不使用实验动力学结果的情况下进行动力学模拟的方法和程序
这种方法有望加速对各种材料的研究，实现无碳社会
日本研究人员开发了一种模拟方法，通过结合第一性原理计算和动力学计算技术，从理论上估计非均相催化剂的性能
迄今为止，模拟研究主要集中在单一或有限数量的反应途径上，没有实验信息很难估计催化反应的效率
美国国家材料科学研究所(NIMS)能源与环境材料绿色研究中心高级研究员石川笃(Atsushi Ishikawa)根据基于量子力学的第一性原理计算进行了反应动力学信息的计算，并开发了在不使用实验动力学结果的情况下进行动力学模拟的方法和程序
然后，他将这一发现应用于甲烷氧化偶联(OCM)反应，这是使用天然气的一个重要过程
他可以成功地预测产品的产量，如乙烷，而没有反应动力学的实验信息
他还预测了产量随温度和分压的变化，结果忠实地再现了现有的实验结果
本研究表明，即使没有实验数据，计算机模拟也能预测反应物的转化率和产物的选择性
由理论和计算引导的催化材料的研究有望加快
此外，该方法是高度通用的，并且不仅可以应用于甲烷转化催化剂，还可以应用于其他催化剂系统，例如用于汽车废气净化、二氧化碳减少和氢气产生，并且期望有助于实现无碳社会
图2
研究的概念显示第一原理计算和微观动力学相结合的方法的图解概念图
预测了催化活性如转化率和选择性
还获得了催化反应网络，因此对催化剂反应的详细分析是可能的
信用:石川笃
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