Parisa Nematollahi postdoc mandaat FWO

Onderzoek Parisa Nematollahi

Onderzoeksgroep

Expertise

De omzetting van broeikasgassen (ihb. CH4 en CO2) naar chemicaliën met toegevoegde waarde is van groot belang in de context van klimaatverandering en de chemische industrie. Vanwege de enegie-intensieve omstandigheden van traditionele conversiemethoden van CH4 en CO2 in de industrie en het gebruik van dure en vervuilende metaaloppervlakken, zou het vinden van een schone katalysator met een hoge selectiviteit om direct bij kamertemperatuur brandstoffen uit CH4 en CO2-gassen te synthetiseren, zeer gunstig zijn voor vanuit een chemisch, ecologisch en economisch perspectief. Mijn onderzoek heeft betrekking op de computationele ontwikkeling van nieuwe nanokatalysatoren door middel van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) om de atomistische details van de gasomzettingsreactiemechanismen op die nieuwe nanokatalysatoren zoals grafeen en koolstofnanobuisjes te onderzoeken.

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

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