Erik Neyts hoogleraar

Onderzoek Erik Neyts

Onderzoeksgroep

Expertise

Computationele technieken: * Simulaties op atomaire en moleculaire schaal * Moleculaire dynamica en Monte Carlo berekeningen * Lange tijdsschaal processen (hyperdynamica, metadynamica) * Dichtheidsfunctionaaltheorie Materialen en processen: * Plasma - oppervlak interacties * Koolstofnanobuisjes en grafeen * Plasma katalyse * Nanoclusters * PECVD

Chemie 2.0: Grignard oppervlakmodificatie ontrafeld 01/01/2023 - 31/12/2026

Abstract

Hybride organische-anorganische metaaloxiden combineren de structurele en fysicochemische eigenschappen van anorganische materialen met de veelzijdigheid en specificiteit van organische moleculen, waardoor veelbelovende materialen ontstaan voor een grote verscheidenheid aan mogelijke toepassingen in bijvoorbeeld scheidingstechnologie, katalyse, elektronica en detectie. UAntwerpen en VITO ontwikkelde en patenteerde een Grignard gebaseerde oppervlaktemodificatiemethode welke de organische groep direct aan het metaaloxideoppervlak verankert. Hierdoor ontstaat een unieke synergetische interactie tussen het metaaloxide en de functionele organische groep. Dit werk heeft een nieuwe klasse van materialen geïntroduceerd. Hoewel de toepasbaarheid en robuustheid van deze nieuwe methode reeds werd aangetoond in membraanfiltratie, ontbreekt het momenteel nog aan kennis m.b.t. het exacte mechanisme. Om de materiaaleigenschappen nog breder en specifieker te kunnen sturen is dit project daarom direct gericht op 1) het ophelderen van het mechanisme van de oppervlaktemodificatie; en 2) het identificeren van de rol van het metaaloxide door een combinatie van computationele en experimentele studie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Ontrafelen van de oppervlaktechemie van ijs-stofdeeltjes in het interstellair medium. 01/10/2022 - 30/09/2026

Abstract

Reeds meer dan 200 verschillende moleculen zijn tot op heden geïdentificeerd in de interstellaire ruimte, gaande van H2 tot complexe organische verbindingen zoals ethanolamine. In de extreme omstandigheden van de interstellaire ruimte echter, volstaan gasfase reacties niet om hun bestaan te verklaren. Stofdeeltjes bedekt met een ijsmantel zijn een belangrijke component in de interstellaire ruimte, en worden verondersteld een cruciale rol te spelen in de vormingsprocessen van deze complexe moleculen. Tot op heden is echter zeer weinig bekend over de precieze mechanismen van de interactie tussen het interstellair gas en deze stofdeeltjes, en hoe deze ijsoppervlakken de vereiste chemische reacties kunnen "katalyseren". In dit project zullen we gebruik maken van (deels zelf-ontwikkelde) state-of-the-art computationele technieken om deze interacties te ontrafelen. We zullen representatieve ijsoppervlakken construeren, de bindingsenergie van astrochemisch relevante molecules aan het ijsoppervlak berekenen, en vrije energie profielen en snelheidsconstanten berekenen voor een geselecteerde set van reacties. In samenwerking met toonaangevende experten in het veld, zullen we ook het belang van deze interacties op de resulterende gasfase dichtheden nagaan, om zo een nauwkeurige benchmarking met experimenten mogelijk te maken. Dit onderzoek bevat het potentieel om onze huidige inzichten in hoe interstellaire ijs-stofdeeltjes de chemische evolutie van ons universum bepalen te veranderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computational studie van nieuwe reactiepaden in gasconversie op nieuwe nanokatalysatoren. 01/11/2020 - 31/10/2024

Abstract

Omzetting van broeikasgassen (in het bijzonder CH4 en CO2) in grondstoffen met toegevoegde waarde is van zeer groot belang, zowel in de context van klimaatverandering als van de chemische industrie. De traditionele omzetting van CH4 en CO2 vereist doorgaans een hoge temperatuur en druk, alsook het gebruik van zeer dure en vervuilende metalen. Daarom zijn duurzame katalysatoren met hoge selectiviteit voor de omzetting van CH4 en CO2 bij kamertemperatuur zeer gewenst vanuit chemisch, milieu- en economisch perspectief. Sinds kort worden zgn. single-atom katalysatoren onderzocht als nieuwe materialen, niet alleen omdat ze het gebruik van metalen minimaliseren, maar ook omdat ze beter werkzaam (kunnen) zijn dan conventionele katalysatoren mbt. hun specifieke activiteit. In dit project zal ik dmv. DFT berekeningen een nieuwe klasse van nanokatalysatoren onderzoeken, door het heel specifiek regelen van hun oppervlak. In het bijzonder zal ik de gedetaillerde reactiepaden onderzoeken van chemische en elektrochemische conversie van CH4 en CO2 in brandstoffen op deze materialen. Ik zal onderzoeken hoe deze mechanismen de reactiesnelheden bepalen door het ontwikkelen van specifieke kinetisch modellen voor iedere (elektro)chemische reactie. Ter validatie zal ik mijn computationele resultaten ook vergelijken met experimentele resultaten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

InSusChem - Consortium voor Geïntegreerde Duurzame Chemie Antwerpen. 15/10/2020 - 31/12/2026

Abstract

Dit IOF consortium verbindt chemisten, ingenieurs, economisten en milieu-wetenschappers in een geïntegreerd team om maximale impact te genereren in de duurzame sleuteltechnologieën, materialen en reactoren, die een cruciale rol spelen in een duurzame chemische industrie en in de economische transitie naar een circulaire, grondstofefficiënte en koolstofneutrale economie (deel van de 2030 en 2050 doelen waarin Europa een leidende rol wil spelen). Innovatieve materialen, hernieuwbare chemische grondstoffen, nieuwe/alternatieve reactoren, technologieën en productie methoden zijn essentiële en centrale elementen om dit doel te bereiken. Door hun onderlinge verstrengeling is een multidisciplinaire, gecoördineerde inspanning als team cruciaal om succesvol te kunnen zijn. Bovendien is vroegtijdige voorspelling en identificatie van sterktes, opportuniteiten, zwakten en bedreigingen in levenscyclusanalyse, techno-economische analyse en duurzaamheidsbeoordeling een objectieve en noodzakelijke sleutel om duurzaamheid in te bouwen tijdens de design fase en om effectieve kennis-gedreven beslissingen te nemen en focus te houden op de grootste bijdragen aan duurzaamheid. Het consortium focust op duurzame chemische productie door efficiënt en alternatief energiegebruik, gekoppeld aan circulariteit, nieuwe chemische reactiepaden, technologieën, reactoren en materialen, die toelaten om alternatieve grondstoffen en energie te gebruiken. De kern van technologische expertise wordt ondersteund door expertise in simulaties, techno-economische en milieu impact beoordelingen en onzekerheidsidentificatie om de technologische ontwikkeling te versnellen via kennis gedreven design en vroeg stadige identificatie van sleutel onderzoek nodig voor een versnelde groei en maximale impact op duurzaamheid. Om deze doelen te bereiken, zijn de consortiumleden gegroepeerd over 4 samenhangende valorisatie programma's gefocust op sleutelelementen die de performantie bepalen en de chemische industrie en technologie hun meerwaarde geven en verder doen groeien: 1) hernieuwbare grondstoffen, 2) duurzame materialen en materialen voor duurzame processen, 3) duurzame processen die efficiënt gebruik maken van alternatieve hernieuwbare energie en/of circulaire chemische bouwstenen gebruiken; 4) innovatieve reactoren voor duurzame processen. Daarenboven zijn transversale sleutelexpertises geïntegreerd, die essentiële ondersteuning bieden en data gebaseerde beslissingen mogelijk maken in de 4 valorisatie programma's door simulaties, techno-economische en milieu-impact beoordelingen en onzekerheidsanalyses.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Bringing nanoscience from the lab to society (NANOLAB). 01/01/2020 - 31/12/2025

Abstract

Nanomaterials play a key role in modern technology and society, because of their unique physical and chemical characteristics. The synthesis of nanomaterials is maturing but surprisingly little is known about the exact roles that different experimental parameters have in tuning their final properties. It is hereby of crucial importance to understand the connection between these properties and the (three-dimensional) structure or composition of nanomaterials. The proposed consortium will focus on the design and use of nanomaterials in fields as diverse as plasmonics, electrosensing, nanomagnetism and in applications such as art conservation, environment and sustainable energy. In all of these studies, the consortium will integrate (3D) quantitative transmission electron microscopy and X-ray spectroscopy with density functional calculations of the structural stability and optoelectronic properties as well as with accelerated molecular dynamics for chemical reactivity. The major challenge will be to link the different time and length scales of the complementary techniques in order to arrive at a complete understanding of the structure-functionality correlation. Through such knowledge, the design of nanostructures with desired functionalities and the incorporation of such structures in actual applications, such as e.g. highly selective sensing and air purification will become feasible. In addition, the techno-economic and environmental performance will be assessed to support the further development of those applications. Since the ultimate aim of this interdisciplinary consortium is to contribute to the societal impact of nanotechnology, the NanoLab will go beyond the study of simplified test materials and will focus on nanostructures for real-life, cost-effective and environmentally friendly applications.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computationeel modelleren van functionele materialen: het overbruggen van de kloof naar de technologie. 01/01/2019 - 31/12/2028

Abstract

In deze WOG is het globale doel om bestaande computationele methoden te gebruiken en nieuwe methoden te ontwikkelen op de atomaire en moleculaire schaal om fundamentele materiaaleigenschappen te modeleren en simuleren, om zo nieuwe materiaal functionaliteiten te ontrafelen en begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computationeel ontwerp van gelaagd grafeenoxide (GO) membranen. 01/10/2022 - 30/09/2023

Abstract

In de afgelopen jaren vertoonden gelaagde grafeenoxide (GO) - membranen een enorm potentieel om de beperkingen van conventionele membraanmaterialen met superieure waterflux en intrigerende fysische/chemische eigenschappen te overwinnen. De praktische toepassingen ervan zijn echter nog steeds sceptisch, voornamelijk vanwege de ongewenste zwelling in water. Om dit probleem aan te pakken, is een nauwgezet begrip van het effect van de zuurstofbevattende functionele groepen op de prestaties van gelaagde GO-membranen van het grootste belang, wat niet beschikbaar is in de bestaande literatuur. Intercalatie van kationen zou de stabiliteit kunnen verhogen van gelaagde GO-membranen. Hieruit geïnspireerd, stel ik voor dat het genereren van hydroniumionen in de tussenlaaggalerij waterige stabiliteit aan GOmembranen zou geven. Hydroniumionen kunnen worden gegenereerd door de dissociatie van watermoleculen met behulp van een extern elektrisch veld. Door een membraan te construeren uit een heterostructuur van GO en gereduceerde GO-nanobladen, kon ook een balans tussen waterflux en waterige stabiliteit worden verkregen. Dit zou ook kunnen leiden tot een Janus-membraan met verschillende bevochtigbaarheid op dezelfde membraanstructuur, wat effectief zou kunnen zijn bij de scheiding van verschillende oliewatermengsels. In dit voorstel zullen we al deze aspecten onderzoeken met behulp van atomistische simulaties met uitgebreide samenwerkingen met experimentele en theoretische groepen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Inzicht in de chemie aan de grens tussen plasma en katalysator door middel van simulaties op atomaire schaal. 01/10/2019 - 30/09/2022

Abstract

Plasmakatalyse wordt sinds kort gezien als een veelbelovend alternatief voor traditionele thermo-katalytische technieken. Het plasma is fysisch uit evenwicht, met veel energie geconcentreerd in een beperkt aantal vrijheidsgraden, en kan hierdoor de kinetiek en het evenwicht van bepaalde chemische processen selectief manipuleren. Verschillende fysische effecten aan de grenslaag tussen plasma en katalysator – zoals vibrationeel geëxciteerde moleculen, oppervlakteladingen en elektrische velden – zijn niet aanwezig onder "gewone" thermische condities, en kunnen de katalytische oppervlaktechemie drastisch wijzigen. Er is echter zeer weinig geweten over deze nieuwe klasse van oppervlakteprocessen door een gebrek aan experimenten of gedetailleerde modellen. In dit project zal ik de unieke fysicochemische fenomenen onderzoeken die plaatsgrijpen op de grenslaag tussen plasma en katalysator. Ik zal een geïntegreerd atomistisch simulatiemodel ontwikkelen, hiermee de fundamentele mechanismen van plasma-geïnduceerde processen op de katalysator ontrafelen, en onthullen hoe selectieve koppeling tussen plasma en katalysator tot nieuwe chemische regimes leidt. De ongewone chemie op de grens van plasma en katalysator is nieuw, onontgonnen terrein in het domein van katalyse; de fundamentele inzichten uit dit project zullen een grote stap voorwaarts zijn in ons begrip van de fysische chemie van oppervlakken, en kunnen een bijdrage leveren aan de ontwikkeling van nieuwe gasconversietechnieken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Een gestructureerde methodologie voor de selectie en formulering van NADES voor enzymatische reacties. 01/10/2019 - 30/09/2022

Abstract

Natuurlijke diep eutectische solventen (NADES) zijn beloftevol als media voor enzymatische reacties in sectoren waar (bio)compatibiliteit met natuurlijke of medische producten noodzakelijk is. In theorie kunnen zij samengesteld worden in functie van de beoogde reactie, doch vandaag is de benodigde kennis hoofdzakelijk empirisch, terwijl mechanistische inzichten op hun best gefragmenteerd zijn. Het louter verklaren van experimentele waarnemingen is daardoor vandaag niet evident, laat staan het maken van voorspellingen. Deze doctoraatsstudie zal een gestructureerd begrip ontwikkelen van het effect van NADES op enzymatische reacties, waarbij het onderscheid tussen oplosbaarheid, solvatatie, viscositeit, inhibitie en denaturatie duidelijk wordt. De oplosbaarheid, solvatatie-energie en viscositeit worden voorspeld door ab initio en moleculaire dynamica berekeningen, die gebruikt worden in een groepsbijdrage model op basis van machinaal leren. Zowel het trainen als valideren van dit model gebeurt door experimenten. Inzichten uit vastgestelde reactiekinetica zullen afgetoetst worden tegen moleculaire dynamica berekeningen van interacties van NADES met de enzymen. Structuurveranderingen van deze enzymen worden aangetoond door Raman optische activiteit spectroscopie. De combinatie van deze onderzoeksmethode garandeert de opbouw van fundamentele kennis, terwijl het groepsbijdrage model een gestructureerde methodologie biedt. De inzichten opgebouwd in dit project kunnen getransfereerd worden naar andere toepassingsdomeinen van NADES.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

  • Intelligentie in processen, geavanceerde katalysatoren en solventen (iPRACS)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Atomair dunne membranen voor water- en ionentransport. 01/01/2019 - 31/12/2022

Abstract

Membranen worden gebruikt voor scheidingsprocessen met toepassingen in diverse gebieden zoals waterontzilting, gasscheiding, energie technologieën, microfluidics en geneeskunde. Grafeen en gerelateerde materialen hebben dankzij hun exceptionele eigenschappen nieuwe mogelijkheden gecreeëerd in membraantechnologieën. Dergelijke membranen zullen onderzocht worden voor water en waterstof transport, ion-zeven en waterstof isotoop scheiding. Fundamenteel inzicht in massatransport op de nanoschaal zal verkregen worden dmv theoretische methoden en computationele modelering, met intensieve samenwerking met experimenten voor validatiedoeleinden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multischaal simulaties van magnetron sputterdepositie. 01/10/2018 - 31/03/2019

Abstract

Numerische simulaties laten toe om inzicht te verwerven in de basisprocessen die uiteindelijk aanleiding geven tot de complexiteit van reële experimenten. In dit project worden multischaal simulaties uitgevoerd om de vorming van dunne katalytische Pt films in een zogenaamde sputterdepositie setup beter te begrijpen. Simulaties gebaseerd op de wetten van de hydrodynamica (zgn. "fluid" simulaties) worden gebruikt om het gedrag van het sputter-depositie proces beter te begrijpen op macroschaal. Deze simulaties leveren de input die nodig is voor de daaropvolgende simulaties op micro/atomaire schaal. In deze atomaire schaal simulaties worden nieuwe methodologieën aangewend – in het bijzonder collectieve variabele-aangedreven hyperdynamica simulaties – om (computationele) toegang te krijgen tot tijdsschalen die ver buiten het bereik van standaard moleculaire dynamica simulaties liggen. Uit de resultaten van deze simulaties hopen we beter te zullen begrijpen hoe de morfologie en structuur van dunne Pt films wordt gevormd en hoe we deze – uiteindelijk – kunnen sturen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Plasmakatalyse op nanoschaal: een generisch Monte Carlo model voor onderzoek naar de diffusie en de chemische reacties van plasmadeeltjes aan poreuze katalysatoren. 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

In dit project willen we een generiek model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in en uit de poriën van een katalysator te simuleren, alsook de katalytische reacties aan het porieoppervlak. Op deze manier trachten we inzicht te verwerven in de onderliggende processen van plasmakatalyse in het algemeen, en specifiek van de plasmakatalytische conversie van CO2 en H2 naar methanol. In dit project willen we focussen op de conversie op een Cu-katalysator. Met behulp van kwantumchemische berekeningen willen we de adsorptie-eigenschappen bepalen van de belangrijkste plasmadeeltjes en de verschillende reactiemechanismen en reactiesnelheden aan het oppervlak. In parallel willen we een Monte Carlo model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in katalysatorporiën te bestuderen, alsook hun oppervlaktereacties, waarvoor we gebruik zullen maken van de resultaten bekomen via de kwantumchemische berekeningen. Dit model zal ons toelaten om de rol van plasmadeeltjes te bestuderen bij de methanolsynthese, de invloed van de poriegrootte en de porievorm, op het totale rendement, welke reactieproducten en nevenproducten gevormd worden en of deze producten uit de poriën kunnen diffunderen, om plaats te maken voor nieuwe reagentia. De resultaten van deze studie zullen de noodzakelijke informatie verschaffen voor het beter begrijpen van de fundamentele plasmakatalytische processen en zijn essentieel voor het verder optimaliseren van deze beloftevolle processen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Het dynamische gedrag van koolstof nanostructuren tijdens hun groei op lange tijdsschaal 01/10/2017 - 30/09/2020

Abstract

De eigenschappen van koolstofnanobuisjes (CNTs) hebben voor een zeer grote wetenschappelijke en commerciële interesse in mogelijke toepassingen van deze materialen gezorgd. Deze toepassingen vereisen doorgaans echter zeer specifieke eigenschappen, die in grote mate bepaald worden door hun structuur. Op dit ogenblik is er nog onvoldoende kennis beschikbaar over de precieze groeimechanismen die deze structuur bepalen. Een zeer interessante techniek om deze materialen te groeien is zgn. plasma-geassisteerde chemische damp afzetting (PECVD). In dit project worden de mechanismen van het groeiproces in PECVD onderzocht aan de hand van nieuwe simulatietechnieken. In het bijzonder wordt aandacht besteed aan synergetische effecten die kunnen optreden en die bijzonder moeilijk experimenteel te onderzoeken zijn.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Simulaties op atomaire schaal voor een beter begrip van kankerbehandeling via plasma's. 01/10/2017 - 30/09/2019

Abstract

Plasma's bij atmosfeerdruk winnen meer en meer aan interesse voor biomedische toepassingen, zoals sterilizatie, wondbehandeling, behandeling van tandgaatjes, en vooral kankerbehandeling. Plasma heeft voor deze laatste toepassing al veelbelovende resultaten getoond, zowel in vitro als in vivo, en kan veel soorten cellen behandelen zonder de gezonde cellen aan te tasten, maar de onderliggende mechanismen zijn nog niet volledig begrepen. Daarom zullen in dit project atomaire simulaties uitgevoerd worden om de interactie van reactieve zuurstof en stikstof deeltjes met biomoleculen te beschrijven, die een rol spelen in kanker(behandeling), nl. de fosfolipide dubbellaag, DNA en proteïnen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computationeel ontwerpen van verbeterde katalyzatoren voor plasma omzetting van methaan met koolstofdioxide. 01/10/2016 - 30/09/2020

Abstract

Dit project beoogt de computationele screening en design van bimetallische nanokatalysatoren voor plasma katalytische omzetting van methaan en CO2 naar syngas. Dit is zowel vanuit ecologisch als economisch perspectief een erg interessante reactie, vermits de reagentia (CH4 en CO2) sterke broeikasgassen zijn, terwijl het produkt (syngas, d.i. een mengeling van CO en H2) de grondstof vormt voor een groot aantal veel gebruikte chemicalieën, o.m. synthetische brandstoffen. Aan de hand van uitgebreide dichtheidsfunctionaal berekeningen zal een groot aantal potentieel interessante katalysatoren gescreend worden op basis van 3 criteria: 1) adsorptie en desorptie van relevante plasma deeltjes aan het katalysatoroppervlak (thermodynamische screening); 2) energiebarrières van elementaire reacties op het katalysatoroppervlak (1e kinetische screening); en 3) reactiesnelheidscoëfficiënten van elementaire reacties op het katalysator oppervlak (2e kinetische screening). In ieder van deze screeningstappen wordt het aantal nog resterende interessante katalysatoren uitgedund, om uiteindelijk een lijst te bekomen met katalysatoren die theoretisch geschikt zijn voor syngas vorming uit CH4 en CO2 uitgaande van plasmadeeltjes.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multi-tijdsschaal simulaties op atomaire schaal van plasma katalyse en plasma-gebaseerde groei van koolstof nanostructuren. 01/10/2016 - 30/09/2018

Abstract

In dit project zal ik nieuwe technieken en hulpmiddelen voor het uitvoeren van atomistische simulaties ontwikkelen, om hiermee vervolgens de fundamentele mechanismen van complexe plasma-gebaseerde processen te ontrafelen. Specifiek zal de focus liggen op plasma-katalyse, die een energie-efficiënte route kan leveren voor de conversie van broeikasgassen in waardevolle chemicaliën, en plasma-gebaseerde groei van koolstof-nanostructuren, die beloftevolle perspectieven biedt om de structuur en samenstelling van deze structuren beter te controleren dan conventionele thermische methoden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Plasmakatalyse op nanoschaal: Modelontwikkeling voor diffusie van plasmadeeltjes in poriën en studie van het katalytisch gedrag aan het porie-oppervlak. 01/10/2016 - 30/09/2017

Abstract

In dit project willen we een generisch model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in en uit katalysatorporiën te simuleren, alsook de katalytische reacties aan het oppervlak, om inzicht te verkrijgen in de onderliggende processen van plasmakatalyse, en meer specifiek van de plasmakatalytische conversie van CO2 en H2 naar methanol aan een Cu-katalysator. Met behulp van kwantumchemische berekeningen willen we de adsorptie-eigenschappen van de belangrijkste plasmadeeltjes bepalen, alsook de verschillende reactiemechanismen en reactiesnelheden. In parallel willen we ook een Monte Carlo model ontwikkelen om de diffusie van plasmadeeltjes in katalysatorporiën, en hun oppervlaktereacties, te simuleren, waarvoor we de resultaten van de kwantumchemische berekeningen zullen gebruiken. We willen de minimum poriediameter bepalen, nodig voor de plasmadeeltjes om in de katalysatorporiën te dringen en chemische reactiies te ondergaan, alsook welke reactieproducten en nevenproducten gevormd worden en of deze producten uit de poriën kunnen diffunderen om plaats te maken voor nieuwe reactants. De results van deze studie zullen ons de noodzakelijke informatie verschaffen om de plasmakatalytische processen op fundamenteel niveau te begrijpen, en ze zijn essentieel om deze processen verder to optimiseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multischaal modellering van plasmakatalyse. 01/01/2016 - 31/12/2019

Abstract

Dit project beschrijft de fundamentele processen van plasmakatalyse door middel van multischaal modellering. De plasmachemie in een CH4/CO2 mengsel wordt beschreven met een 0D model, en ingebracht in een 3D macroschaal model van een gepakte bed reactor. Het plasmagedrag nabij/in de poriën van de katalysator wordt beschreven op microschaal. De plasma-katalysator interacties op atomaire schaal worden gemodelleerd met klassieke MD en DFT simulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computationele katalysatorscreening voor chiraliteitsgecontroleerde groei van koolstofnanobuisjes. 01/01/2016 - 31/12/2019

Abstract

Koolstof nanobuisjes (Engels: Carbon Nanotubes, CNTs) zijn zeer geschikt voor allerlei toepassingen, zoals vezels in composietmaterialen, als sensoren, actuatoren, transistorcomponenten, enz. De elektronische en optische eigenschappen van CNTs zijn echter sterk afhankelijk van hun chiraliteit, dwz., de manier waarop het hexagonale koolstofnetwerk is opgerold. Deze chiraliteit wordt bepaald tijdens het groeiproces, en dus is het zeer belangrijk om dit groeiproces te kunnen controleren. De eerste doelstelling van dit project is dan ook het ontrafelen van het groeimechanisme van CNTs en het begrijpen van de invloed van de katalysator op de resulterende chiraliteit aan de hand van dichtheidsfunctionaal (DFT) berekeningen. Uit experimenteel werk blijkt dat bi- en multimetallische katalysatoren geschikt kunnen zijn voor chiraliteitsspecifieke groei. Daarom zou een generieke screening procedure die in staat is om snel en goedkoop mogelijke multimetallische katalysatorkandidaten voor het groeiproces te selecteren zeer nuttig zijn. Het ontwikkelen van een dergelijke procedure is daarom de tweede doelstelling van dit project. De screening zal bestaan uit 1 thermodynamische en 2 kinetische screenings. Hiertoe zullen DFT berekeningen uitgevoerd worden voor verschillende bimetallische katalysatoren. CNTs met verschillende chiraliteiten zullen gemodelleerd worden, en tevens een aantal CNTs met defecten. De combinatie van deze screenings zal leiden tot onze twee einddoelen: een correcte reproductie van chiraliteitsgecontroleerde groei voor een gekende klasse van bimetallisme katalysatoren, en de voorspelling van mogelijke chiraliteitsgecontroleerde groei voor ongekende combinaties van katalysatoren, die experimenteel geverifieerd kunnen worden in samenwerking met Tohoku University (Japan).

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Gecombineerde experimenten en simulaties voor de vorming van hydroxyapatiet coatings met op maat gemaakte eigenschappen door radiofrequente magnetronsputtering. 01/12/2015 - 31/05/2016

Abstract

Dankzij hun zeer hoge biocompatibiliteit, behoren hydroxyapatiet gebaseerde keramische materialen tot de meest gebruikte materialen voor het vervangen van beenderen. Tegenwoordig worden HA-gebaseerde coatings vaak gebruikt in de geneeskunde om de osteoinductieve eigenschappen van metallische implantaten te verbeteren. In tegenstelling tot het relatief grote aantal experimentele studies die inzichten geven in de globale groeimechanismen en structuur van de films, zijn er hedentendage erg weinig simulaties op atomaire schaal die de evolutie van de coating- structuur en -samenstelling tijdens de filmgroei kunnen beschrijven. Simuatie van het op RF-magnetron sputtering gebaseerde HA-coating proces laat toe om inzicht te verkrijgen in de vorming van de coating met de gewenste eigenschappen. Door een gedetailleerde vergelijking van experimentele resultaten met simulatieresultaten, tracht dit project de nodige wetenschappelijke en technische achtergrond verder te ontwikkelen die nodig is om de geoptimaliseerde vorming van biocompatibele nanogestructureerde coatings door middel van ion-plasma methoden mogelijk te maken. Dit fundamentele onderzoek zal ook toelaten de wiskundige modellen die de groei van RF-magnetron HA-coatings te beschrijven en te verbeteren. Het ontwikkelde model zal ons in staat stellen expliciet de fysische en chemische verschijnselen te verklaren die optreden bij reactieve afzetting van de dunne film, en zal op termijn toelaten de efficiëntie van het industriële ion-plama systeem te verhogen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Atomaire schaal modellering voor plasma behandeling van kanker. 01/10/2015 - 30/09/2018

Abstract

Atmosfeerplasma's winnen aan interesse in de geneeskunde, en vooral voor kankerbehandeling, maar de onderliggende processen zijn nog niet helemaal begrepen. In dit project zullen de interacties van reactieve plasmadeeltjes met biomoleculen die van belang zijn bij kanker(behandeling), nl. de fosfolipide dubbellaag, DNA en proteïnen, bestudeerd worden via atomaire simulaties.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Numerieke simulaties van plasmas en hun oppervlakteprocessen, met experimentele validatie, voor een beter inzicht in cryogeen etsen. 01/10/2015 - 31/08/2018

Abstract

Plasma's worden veel gebruikt in de micro-elektronica voor het maken van computerchips, via plasma etsen. De laatste jaren is er veel interesse voor cryogeen plasma etsen van zgn. "low-k" materialen, met SF6/O2/SiF4 en CxFy plasma's. In dit project worden deze plasma's en hun interactie met de wafer beschreven via computersimulaties, om cryogeen plasma etsen te optimaliseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Simulaties op atomaire schaal voor een beter begrip van kankerbehandeling via plasma's. 01/10/2015 - 30/09/2017

Abstract

Plasma's bij atmosfeerdruk winnen meer en meer aan interesse voor biomedische toepassingen, zoals sterilizatie, wondbehandeling, behandeling van tandgaatjes, en vooral kankerbehandeling. Plasma heeft voor deze laatste toepassing al veelbelovende resultaten getoond, zowel in vitro als in vivo, en kan veel soorten cellen behandelen zonder de gezonde cellen aan te tasten, maar de onderliggende mechanismen zijn nog niet volledig begrepen. Daarom zullen in dit project atomaire simulaties uitgevoerd worden om de interactie van reactieve zuurstof en stikstof deeltjes met biomoleculen te beschrijven, die een rol spelen in kanker(behandeling), nl. de fosfolipide dubbellaag, DNA en proteïnen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computersimulaties van goud gekatalyzeerde groei van koolstof nanobuisjes op atomaire schaal. 01/10/2014 - 30/09/2017

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Multi-tijdsschaal simulaties op atomaire schaal van plasma katalyse en plasma-gebaseerde groei van koolstof nanostructuren. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

In dit project zal ik nieuwe technieken en hulpmiddelen voor het uitvoeren van atomistische simulaties ontwikkelen, om hiermee vervolgens de fundamentele mechanismen van complexe plasma-gebaseerde processen te ontrafelen. Specifiek zal de focus liggen op plasma-katalyse, die een energie-efficiënte route kan leveren voor de conversie van broeikasgassen in waardevolle chemicaliën, en plasma-gebaseerde groei van koolstof-nanostructuren, die beloftevolle perspectieven biedt om de structuur en samenstelling van deze structuren beter te controleren dan conventionele thermische methoden.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Inzicht in plasma-TiO2 katalysator interactie voor de omzetting van broeikasgassen. 01/10/2014 - 30/09/2016

Abstract

Atomaire simulaties zijn van essentieel belang om een beter inzicht te krijgen in zaken zoals bijvoorbeeld plasmakatalyse en de groei van koolstofnanobuisjes. Gedurende dit onderzoek zullen krachtveldparameters ontwikkeld worden op basis van DFT-berekeningen zodat het mogelijk is dergelijke systemen en reacties op atomair niveau te bestuderen met moleculaire dynamica en zo een beter fundamenteel inzicht te verkrijgen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Karakterisatie en modeleren van de initiële groei en stabiliteit van anisotrope Au en Au/Ag nanodeeltjes op atomaire schaal. 01/01/2014 - 31/12/2017

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Computermodellering voor een beter inzicht in de onderliggende mechanismen van plasmakatalyse. 01/01/2014 - 31/12/2017

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Mechanische eigenschappen en chemische bindingen aan de grensvlakken in polymeer-gebaseerde composiet materialen (InterPoCo). 01/03/2013 - 28/02/2017

Abstract

Dit project kadert in een onderzoeksopdracht tussen enerzijds UA en anderzijds de Vlaamse overheid. UA levert aan de Vlaamse overheid de onderzoeksresultaten genoemd in de titel van het project onder de voorwaarden zoals vastgelegd in voorliggend contract

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Modelleren van plasma's en plasma-cel interactie voor een beter begrip van plasma's voor medische toepassingen. 01/01/2013 - 31/12/2016

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Inzicht in plasma- TiO2 katalysator interactie voor de omzetting van broeikasgassen. 01/10/2012 - 30/09/2014

Abstract

Atomaire simulaties zijn van essentieel belang om een beter inzicht te krijgen in zaken zoals bijvoorbeeld plasmakatalyse en de groei van koolstofnanobuisjes. Gedurende dit onderzoek zullen krachtveldparameters ontwikkeld worden op basis van DFT-berekeningen zodat het mogelijk is dergelijke systemen en reacties op atomair niveau te bestuderen met moleculaire dynamica en zo een beter fundamenteel inzicht te verkrijgen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Het vormgeven van CO2-transport via poreuze structuren tijdens carbonatie. 01/07/2012 - 30/09/2013

Abstract

In dit project wordt aan de hand van numerische modellen de reactie onderzocht tussen magnesium/calcium-rijke mineralen die typisch voorkomen in afvalmaterialen enerzijds en CO2 anderzijds, waarbij carbonaten gevormd worden. Het doel is om de parameters die dit carbonatieproces beïnvloeden te optimaliseren, zodat uiteindelijk de transitie van het proces van laboschaal naar pilootschaal verbeterd wordt.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Atomaire simulaties van de plasma-geassisteerde groei van enkelwandige koolstof nanobuisjes 01/07/2011 - 31/12/2015

Abstract

Enkelwandige koolstof nanobuisjes ("SWNTs") zijn holle buisjes bestaande uit een hexagonaal koolstof netwerk. Dankzij hun unieke eigenschappen zoals extreme sterkte, zeer hoge thermische geleidbaarheid en structuurafhankelijke bandgap bieden zij perspectief op velerlei toepassingen in bv. nanoschaal elektronica, als chemische sensors of als geïnduceerde veld emitters. Dergelijke toepassingen vereisen echter precieze controle over de fundamentele eigenschappen van de SWNTs die momenteel ontbreekt. Met name controle over de chiraliteit van de SWNT, die direct bepalend is voor de bandgap, is hierbij gewenst. Plasma-geassisteerde damp afzetting ("PECVD") wordt gezien als één van de meest veelbelovende technieken om deze controle te realiseren. De onderliggende fundamentele groeimechanismen zijn echter grotendeels onbekend. In dit project wensen we dan ook verscheidene PECVD-processen en –parameters te onderzoeken om inzicht in de groeimechanismen te verkrijgen met het oog op het sturen van de resulterende SWNT eigenschappen. Dit doel wensen wij te bereiken door middel van een state-of-the-art hybride Moleculaire Dynamica / force biased Monte Carlo simulatiemodel, dat op atomaire schaal alle relevante processen in het groeiproces zelf-consistent simuleert. Specifiek plannen wij (i) een optimalisatie van het bestaande simulatiemodel om de benodigde rekentijd te verkorten en uitbreiding van het model naar de simulatie van PECVD-groei; (ii) gerichte simulaties van de groei van SWNTs onder realistische (PECVD-)procesvoorwaarden op nikkel nanokatalysatoren; (iii) parameterstudies die toelaten het effect van de variatie van precies één parameter tegelijk te bestuderen, om zo te bepalen hoe het groeiproces beïnvloed kan worden; en (iv) de ontwikkeling van krachtveldparameters voor de gebruikte interatomaire potentiaal voor Ni/Fe legeringen en de simulatie van de PECVD-groei van SWNTs op Ni/Fe nanokatalysatoren. De innovativiteit van dit project is gelegen in (i) de gebruikte accurate interatomaire potentiaal in combinatie met het gebruikte hybride MD/MC model dat zowel korte als lange tijdsschaaleffecten in rekening brengt; (ii) de studie van SWNT-groei in een PECVD-setup door middel van atomaire simulaties; en (iii) de ontwikkeling van krachtveldparameters voor Ni/Fe en de simulatie van de groei van SWNTs op Ni/Fe nanokatalysatoren. Hoewel dit project erg innovatief is (zowel wat betreft de methodologie als het beoogde doel), denken wij dat dit project zeer haalbaar is: wij hebben immers reeds aangetoond dat het simulatiemodel erg geschikt is om de groei van SWNTs te simuleren onder thermische CVD voorwaarden. Verder beschikken wij over alle nodige computercodes om de PECVD-specifieke procesvoorwaarden te simuleren. Wij geloven daarom dat wij in staat zullen zijn fundamentele processen in PECVD-groei van SWNTs te ontrafelen en inzicht te verkrijgen in dit veelbelovende maar tot nu toe op atomaire schaal nauwelijks onderzochte proces.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Numerieke simulaties op atomaire schaal van nanotechnologische C- en Si-materialen. 01/10/2010 - 30/11/2011

Abstract

In dit project wensen we de vormingsmechanismen voor welbepaalde koolstof en silicium nanomaterialen te onderzoeken, zoals (ultra)nanokristallijn diamant, koolstof nanobuisjes, amorf gehydrogeneerd koolstof en nanokristallijn silicium. Het doel is om controle te verkrijgen over de structuur, om zo de eigenschappen te "tunen", zodat ze bruikbaar zijn voor echte toepassingen. Dit vereist inzicht in de mechanismen op atomair niveau. Daarom zullen we atomistische simulaties uitvoeren van het groeiproces onder realistische groeivoorwaarden, in samenwerking met experimentele groepen, voor validatie en verdere modeloptimalisatie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Atomistic multi-time scale simulations of catalyzed carbon nanotube growth. 01/01/2009 - 31/12/2012

Abstract

In dit onderzoeksproject wensen we atomistische simulaties dichter bij experimentele voorwaarden te brengen, door het ontwikkelen van realistische interatomaire M-C-H interactiepotentialen en door het implementeren van algorithmen om lange tijdsschaal te simuleren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Gecombineerde numerieke simulaties van de groei van nanodeeltjes in reactieve plasma's en de depositie van nanomaterialen. 01/10/2007 - 30/09/2010

Abstract

De doelstelling van dit projectvoorstel is via numerieke simulaties een beter inzicht te verkrijgen in het gedrag van reactieve koolstofhoudende (methaan (CH4) en acetyleen (C2H2)) plasma's, voor de vorming en depositie van nanogestructureerde koolstoffilms en nanomaterialen (zoals (U)NCD en CNT). We wensen op een volledig geïntegreerde manier de vorming, de groei en het gedrag van de nanodeeltjes in het plasma, de interactie van deze deeltjes met het substraat en de wand, en de vorming van de nanomaterialen te beschrijven.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Wiskundige simulatie van de depositie van diamond-like-carbon (DLC) filmen. 01/01/2004 - 31/12/2005

Abstract

In dit doctoraatswerk worden computersimulaties gebruikt om de afzetting van dunne diamant-achtige koolstoflaagjes te onderzoeken. In een eerste fase worden moleculaire dynamica (MD) simulaties gebruikt om chemisorptie reacties te onderzoeken, die plaatsgrijpen gedurende het depositie proces. Moleculaire dynamica simulaties zijn gebaseerd op het gebruik van een geschikte interatomaire potentiaal waaruit de krachten die inwerken op ieder atoom uit een systeem van atomen op een zelf-consistente manier worden berekend. Het ruimtelijke traject van ieder atoom, zoals bepaald door de wetten van Newton, wordt expliciet geïntegreerd in de tijd. Hierdoor kan dmv. dit type van simulaties gedetaileerde informatie bekomen worden over de filmgroei, de mechanismen die hieraan ten grondslag liggen, en de structuur van de gesimuleerde laagjes bekomen worden op het atomaire niveau. In een tweede stap zal fysisorptie toegevoegd worden, door de interatomaire potentiaal op een daartoe geschikte manier te veranderen, waardoor naast chemisorptie, ook fysisorptie interacties gesimuleerd kunnen worden. Tenslotte zal ook diffusie van deeltjes aan het oppervlak van het substraat opgenomen worden in het computer model. Dit kan gedaan worden door middel van tijdsafhankelijke Monte Carlo (TDMC) simulaties. Een TDMC model zal ontwikkeld worden, en gekoppeld worden aan het MD model. Dit zal uiteindelijk leiden tot een computer model dat toelaat de groei van dunne diamant-achtige koolstof laagjes te onderzoeken op het atomaire niveau, waarbij zowel chemisorptie als fysisorptie reacties kunnen plaatsgrijpen, en tegelijk ook oppervlakte diffusie toelaat op een lange tijdsschaal.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Wiskundige simulatie van een radiofrequent capacitief gekoppeld CH4/H2-plasma en de depositie van diamond-like-carbon (DLC) filmen. 01/01/2002 - 31/12/2003

Abstract

Door middel van een gecombineerd fluid / Monte Carlo model zal een lage druk CH4/H2 plasma gesimuleerd worden. Dit model geeft informatie over de flux en energie van deeltjes die invallen op een substraat. Deze invallende deeltjes geven aanleiding tot de groei van een dunne diamantachtige film. Deze filmgroei zal eveneens gesimuleerd worden, door middel van een Molecular Dynamics model. Een koppeling tussen beide modellen zal tot stand gebracht worden. Het doel is inzicht te verkrijgen in de onderliggende mechanismen die de filmgroei bepalen, en informatie te bekomen over de gevormde film, zoals stuktuur en samenstelling.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject