.New Catalysis Breakthrough Could Unlock Massive Energy Savings
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.New Catalysis Breakthrough Could Unlock Massive Energy Savings
새로운 촉매 혁신으로 막대한 에너지 절감 가능
주제:촉매화학 공학에너지UC 버클리위스콘신대학교 매디슨 캠퍼스 작성: UNIVERSITY OF WISCONSIN–MADISON 2023년 4월 9일 에너지 전환 개요 위스콘신-매디슨 대학 화학공학자들은 원자 규모에서 촉매 반응 모델을 개발함으로써 전산 화학 분야에서 돌파구를 마련했습니다. 이 새로운 이해는 촉매 작용이 우리 삶에서 만나는 제품의 90%를 생산하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 보다 효율적인 촉매, 조정된 산업 공정 및 상당한 에너지 절약으로 이어질 수 있습니다.
전산 화학 분야의 획기적인 발전으로 Wisconsin-Madison 대학 의 화학 공학자들은 촉매 반응이 원자 수준에서 어떻게 작용하는지 설명하는 모델을 만들었습니다. 이 새로운 이해를 통해 엔지니어와 화학자는 개선된 촉매를 설계하고 산업 절차를 최적화할 수 있어 우리가 매일 사용하는 제품의 90% 생산에 촉매 작용이 관여하므로 막대한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
랑쑤 랑쑤. 출처: 위스콘신 대학교 매디슨
촉매 물질은 스스로 변화하지 않고 화학 반응을 촉진합니다. 석유제품을 가공하고 의약품, 플라스틱, 식품첨가물, 비료, 친환경 연료, 각종 산업용 화학물질 등 다양한 품목을 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 과학자와 엔지니어는 촉매 반응을 미세 조정하는 데 수십 년을 보냈습니다. 그러나 현재로서는 산업 규모의 촉매 작용과 관련된 극한의 온도와 압력에서 이러한 반응을 직접 관찰하는 것이 불가능하기 때문에 나노 및 원자 규모. 이 새로운 연구는 업계에 잠재적으로 큰 영향을 미칠 수 있는 미스터리를 밝히는 데 도움이 됩니다.
실제로 세 가지 촉매 반응(수소를 생산하는 증기-메탄 개질, 비료를 생산하는 암모니아 합성, 메탄올 합성)만이 세계 에너지의 10% 가까이를 사용합니다. "이러한 반응을 실행해야 하는 온도를 단 몇 도만 낮추면 오늘날 인류가 직면한 에너지 수요가 엄청나게 감소할 것입니다."라고 화학 및 생물 공학 교수인 Manos Mavrikakis는 말합니다. 연구를 주도한 UW-Madison. "이러한 모든 프로세스를 실행하는 데 필요한 에너지를 줄임으로써 환경에 미치는 영향도 줄일 수 있습니다." Mavrikakis와 박사후 연구원 Lang Xu, Konstantinos G. Papanikolaou는 대학원생 Lisa Je와 함께 2023년 4월 7일 Science 저널에 그들의 발전 소식을 발표했습니다 .
마노 마브리카키스 마노 마브리카키스. 출처: 위스콘신 대학교
매디슨 연구에서 UW–Madison 엔지니어는 원자 규모에서 촉매 반응을 시뮬레이션하기 위해 강력한 모델링 기술을 개발하고 사용합니다. 이 연구를 위해 그들은 백금, 팔라듐, 로듐, 구리, 니켈 및 기타 산업 및 녹색 에너지와 같은 요소를 포함하는 나노 입자 형태의 전이 금속 촉매와 관련된 반응을 조사했습니다.
-현재의 단단한 표면 촉매 모델에 따르면, 전이 금속 촉매의 조밀하게 채워진 원자는 화학 반응물이 부착하고 반응에 참여하는 2D 표면을 제공합니다. 충분한 압력과 열 또는 전기가 가해지면 화학 반응물에서 원자 사이의 결합이 끊어져 파편이 새로운 화학 제품으로 재결합할 수 있습니다.
“우세한 가정은 이러한 금속 원자가 서로 강하게 결합되어 있으며 단순히 반응물에 대한 '착륙 지점'을 제공한다는 것입니다. 모든 사람이 가정한 것은 금속-금속 결합이 촉매 작용을 하는 동안 온전한 상태로 남아 있다는 것입니다.”라고 Mavrikakis는 말합니다. "그래서 여기서 처음으로 우리는 '반응물에서 결합을 끊는 데 필요한 에너지가 촉매 내에서 결합을 끊는 데 필요한 에너지와 비슷한 양일 수 있을까?'라는 질문을 했습니다." Mavrikakis의 모델링에 따르면 대답은 '예'입니다. 발생하는 많은 촉매 공정에 제공되는 에너지는 결합을 끊고 단일 금속 원자(adatoms로 알려짐)가 튀어나와 촉매 표면에서 이동하기 시작하기에 충분합니다.
이러한 원자는 클러스터로 결합되어 촉매의 원래 딱딱한 표면보다 화학 반응이 훨씬 쉽게 일어날 수 있는 촉매의 사이트 역할을 합니다. 일련의 특별한 계산을 사용하여 팀은 8개의 전이 금속 촉매와 18개의 반응물의 산업적으로 중요한 상호작용을 조사하여 이러한 작은 금속 클러스터를 형성할 가능성이 있는 에너지 수준과 온도는 물론 각 클러스터의 원자 수를 식별했습니다. 반응 속도에 큰 영향을 미칩니다. University of California, Berkeley 의 실험 협력자들은 촉매 작용에 유용한 안정한 결정 형태의 니켈인 니켈(111)에 대한 일산화탄소 흡착을 관찰하기 위해 원자 분해 주사 터널링 현미경을 사용했습니다.
그들의 실험은 촉매 구조의 다양한 결함을 보여주는 모델이 단일 금속 원자가 어떻게 튀어 나오는지, 반응 사이트가 어떻게 형성되는지에 영향을 미칠 수 있음을 확인했습니다. Mavrikakis는 새로운 프레임워크가 연구자들이 촉매작용을 이해하는 방법과 그것이 일어나는 방법에 대한 기초에 도전하고 있다고 말합니다. 이는 다른 비금속 촉매에도 적용될 수 있으며 향후 연구에서 조사할 것입니다. 또한 부식 및 마찰학 또는 움직이는 표면의 상호 작용을 비롯한 다른 중요한 현상을 이해하는 것과도 관련이 있습니다. Mavrikakis는 "우리는 촉매가 어떻게 작용하는지, 보다 일반적으로는 분자가 고체와 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 데 매우 잘 확립된 몇 가지 가정을 재검토하고 있습니다."라고 말합니다.
참조: Lang Xu, Konstantinos G. Papanikolaou, Barbara AJ Lechner, Lisa Je, Gabor A. Somorjai, Miquel Salmeron Manos Mavrikakis, 2023년 4월 6일 과학 . . . . DOI: 10.1126/science.add0089
https://scitechdaily.com/new-catalysis-breakthrough-could-unlock-massive-energy-savings/
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메모 2304100443 나의 사고실험 omx 스토리텔링
샘플링 oms,qoms,ossbase는 2D 표면을 우주 시공간에 광범위하게 제공한다. 충분하거나 덜한 압력과 열 또는 전기, 극중력이나 극전자기장의 블랙홀 생성, 초신성 폭발등 banQ.power가 가해지면 화학 반응물에서 소립자, 원자 사이의 결합이 끊어져, 그 파편들이 새로운 우주의 qoms.state 물리.화학적 재결합을 허블상수단위로 자연스럽게 변할 수 있다. 허허.
-According to the current model of hard surface catalysts, the densely packed atoms of transition metal catalysts provide a 2D surface on which chemical reactants attach and participate in reactions. When enough pressure and heat or electricity are applied, the bonds between atoms in a chemical reactant are broken, allowing the fragments to recombine into new chemical products.
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memo 2304100443 my thought experiment omx storytelling
Sampling oms, qoms, ossbase provides a wide range of 2D surfaces in space-time. When banQ.power is applied, such as sufficient or lesser pressure, heat or electricity, extreme gravity or extreme electromagnetic field black hole creation, supernova explosion, etc., bonds between elementary particles and atoms in chemical reactants are broken, and the fragments become the qoms.state physics of the new universe. Chemical recombination can be naturally varied in units of the Hubble constant. haha.
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.Quantum Leap: Unlocking the Secrets of Complex Molecules With Hybrid Computing
양자 도약: 하이브리드 컴퓨팅으로 복잡한 분자의 비밀 풀기
주제:아르곤 국립 연구소양자정보과학시카고대학교 By UNIVERSITY OF CHICAGO 2023년 4월 9일 APRIL 9, 2023
양자 전자 기술 설계 연구원들은 전자 구조 문제를 해결하기 위해 양자 컴퓨터를 사용하는 새로운 하이브리드 시뮬레이션 프로세스를 개발하여 잠재적으로 양자 컴퓨터가 미래에 더 복잡한 화학 구조를 다룰 수 있도록 합니다. 엔지니어링 재료를 위한 양자 컴퓨팅 솔루션입니다.
-Argonne의 연구원들은 양자 컴퓨터를 사용하여 복잡한 분자의 전자 구조를 풀 수 있는 가능성을 탐구합니다. 특정 분자나 고체 물질을 구성하는 원자를 알고 있다면 적어도 분자가 작고 단순하다면 양자 역학 방정식을 풀면 이러한 원자 간의 상호 작용을 계산적으로 결정할 수 있습니다. 그러나 재료 공학에서 약물 설계에 이르는 분야에 중요한 이러한 방정식을 풀려면 복잡한 분자 및 재료에 대해 엄청나게 긴 계산 시간이 필요합니다.
이제 미국 에너지부(DOE) Argonne National Laboratory와 시카고 대학교 PME(Pritzker School of Molecular Engineering) 및 화학과의 연구원들은 양자 컴퓨터를 사용하여 이러한 전자 구조를 해결할 가능성을 탐색했습니다.
"이것은 계산 화학의 까다로운 문제를 해결하기 위해 양자 컴퓨터를 사용하는 흥미로운 단계입니다." — 줄리아 갈리 새로운 컴퓨팅 접근 방식을 조합한 이 연구는 Journal of Chemical Theory and Computation 에 온라인으로 게재되었습니다 . Argonne이 이끄는 DOE National Quantum Information Science Research Center인 Q-NEXT와 Midwest Integrated Center for Computational Materials(MICCoM)의 지원을 받았습니다 .
Argonne의 직원 과학자이자 UChicago Consortium for Advanced Science and Engineering( CASE ) 의 회원인 Marco Govoni와 함께 연구를 이끈 Giulia Galli는 "이것은 양자 컴퓨터를 사용하여 전산 화학의 까다로운 문제를 해결하는 흥미로운 단계입니다."라고 말했습니다 .
-컴퓨팅 문제 재료의 전자 구조를 예측하려면 전자가 상호 작용하는 방식을 결정하는 복잡한 방정식을 풀고 다양한 가능한 구조가 전체 에너지 수준에서 어떻게 서로 비교되는지 모델링해야 합니다. 정보를 이진 비트로 저장하는 기존 컴퓨터와 달리 양자 컴퓨터는 상태 중첩으로 존재할 수 있는 큐비트를 사용하여 특정 문제를 보다 쉽고 빠르게 해결할 수 있습니다. 전산 화학자들은 양자 컴퓨터가 궁극적으로 기존 컴퓨터보다 복잡한 물질의 전자 구조 문제를 더 잘 해결할 수 있는지 여부와 시기에 대해 토론해 왔습니다. 그러나 오늘날의 양자 컴퓨터는 상대적으로 작고 노이즈가 많은 데이터를 생성합니다.
양자 컴퓨터를 이용한 복합 물질의 전자 구조 예측 줄리아 갈리(Giulia Galli) 교수와 동료 연구자들은 재료 공학에서 약물 설계에 이르는 분야의 발전인 양자 컴퓨터를 사용하여 복잡한 재료의 전자 구조를 예측할 수 있는 가능성을 탐구했습니다. 크레딧: 이미지 제공: Galli Group
이러한 약점에도 불구하고 Galli와 그녀의 동료들은 양자 컴퓨터에서 전자 구조 문제를 해결하는 데 필요한 기본 양자 계산 방법을 만드는 데 여전히 진전을 이룰 수 있는지 궁금했습니다. " 우리가 진정으로 해결하고 싶었던 질문은 양자 컴퓨터의 현재 상태로 무엇을 할 수 있는지입니다."라고 Govoni는 말했습니다.
-" 우리는 다음과 같은 질문을 했습니다. 양자 컴퓨터의 결과가 시끄럽더라도 재료 과학의 흥미로운 문제를 해결하는 데 여전히 유용할 수 있습니까?" 반복 프로세스 연구원들은 IBM 양자 컴퓨터를 사용하여 하이브리드 시뮬레이션 프로세스를 설계했습니다 . 그들의 접근 방식에서는 4개에서 6개 사이의 소수의 큐비트가 계산의 일부를 수행하고 그 결과는 기존 컴퓨터를 사용하여 추가로 처리됩니다.
Galli Group의 대학원생이자 새 논문의 제1저자인 Benchen Huang은 "우리는 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터의 장점을 모두 활용하는 반복적인 계산 프로세스를 설계했습니다 . 여러 번 반복한 후 시뮬레이션 프로세스는 고체 상태 재료에서 여러 스핀 결함의 올바른 전자 구조를 제공할 수 있었습니다. 또한 팀은 양자 컴퓨터에서 생성되는 고유한 노이즈를 제어하고 결과의 정확성을 보장하는 데 도움이 되는 새로운 오류 완화 접근 방식을 개발했습니다.
미래에 대한 힌트 현재로서는 새로운 양자 컴퓨팅 접근 방식을 사용하여 해결한 전자 구조는 기존 컴퓨터를 사용하여 이미 해결할 수 있습니다. 따라서 전자 구조 문제를 해결하는 데 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 우월할 수 있는지에 대한 오랜 논쟁은 아직 해결되지 않았습니다. 그러나 새로운 방법이 제공하는 결과는 양자 컴퓨터가 보다 복잡한 화학 구조를 처리할 수 있는 길을 열어줍니다.
" 4개 또는 6개 대신 100개 큐비트로 확장하면 기존 컴퓨터보다 이점이 있을 수 있다고 생각합니다."라고 Huang은 말했습니다. " 하지만 확실히는 시간이 말해 줄 것입니다." 연구 그룹은 계속해서 접근 방식을 개선하고 확장할 계획이며 용매가 있는 분자, 들뜬 상태의 분자 및 재료와 같은 다양한 유형의 전자 문제를 해결하는 데 사용할 계획입니다.
참조: Benchen Huang, Nan Sheng, Marco Govoni 및 Giulia Galli의 "Fermionic Hamiltonians의 Quantum Simulations with Efficient Encoding and Ansatz Schemes", 2023년 2월 15일, Journal of Chemical Theory and Computation . DOI: 10.1021/acs.jctc.2c01119 이 작업은 미국 에너지부 국립 양자 정보 과학 연구 센터에서 Q-NEXT 센터의 일부로 Midwest Integrated Center for Computational Materials(MICCoM)를 통해 지원됩니다. Argonne에 본사를 둔 MICCoM은 DOE Office of Basic Energy Sciences 에서 자금을 지원합니다 . 스폰서 콘텐츠
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메모 2304100531나의 사고실험 omx 스토리텔링
아직 양자 컴퓨팅이 안정화 되지 못하고 있다. 가능성은 무궁하지만 현실적으로 복잡한 계산을 하는데는 물리적 기술적 한계가 있어 보인다. 복잡함은 계산의 자체도 있지만 양자를 다루는 수준이 아직 인간의 과학 수준에 따른 문제이다.
큐비트가 왜 시끄러운가? 자연발생 노이즈 때문이다. 그러면 정말 복잡한 계산을 하는데 대포소리에 정신이 나갈 지경 아닐까? 정말 조용한 수퍼 큐비트는 없나? 있다. 샘플링 oss.base는 무척 조용하면서 거대한 계산을 1초이내 처리한다. 허허. 그쪽에서 웃었나? 그냥 가셔. 설명이 간단하지 않아 설명할 수도 없고 부정적인 선견을 가진 댁을 이해 시키고 싶지 않다. 허허.
- Researchers at Argonne explore the possibility of using quantum computers to unravel the electronic structure of complex molecules. If you know the atoms that make up a particular molecule or solid material, at least if the molecule is small and simple, you can computationally determine the interactions between these atoms by solving quantum mechanical equations. However, solving these equations, critical for fields ranging from materials engineering to drug design, requires prohibitively long computational times for complex molecules and materials.
-" We asked the following question: Even if the results of quantum computers are noisy, can they still be useful for solving interesting problems in materials science?" Iterative Process Researchers have designed a hybrid simulation process using an IBM quantum computer. In their approach, a handful of qubits, between four and six, do some of the computation, and the results are further processed using conventional computers.
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memo 2304100531 my thought experiment omx storytelling
Quantum computing has yet to stabilize. Although the possibilities are endless, there seem to be physical and technical limitations in realistically performing complex calculations. Complexity has its own calculation, but the level of dealing with quantum is still a problem according to the level of human science.
Why are qubits noisy? This is because of natural noise. Then, wouldn't it be a really complicated calculation, but the sound of the cannon is going to go out of mind? Are there really quiet superqubits? there is. Sampling oss.base is very quiet and handles huge calculations in less than a second. haha. did you laugh there? just go The explanation is not simple, so I can't explain it, and I don't want to make you understand who has a negative foresight. haha.
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