یک همکاری موفق برای کمک به سرعت بخشیدن و تولید بهره وری در تحقیقات شیمی اخیراً برای چهار سال دیگر تمدید شده است.
پروژه Exascale Catalytic Chemistry با آزمایشگاه‌های ملی Sandia، Argonne و Pacific Northwest، و همچنین دانشگاه‌های Brown و Northeastern، در سال 2017 راه‌اندازی شد و فیزیکوشیمی‌دانان و ریاضیدانان کاربردی را گرد هم می‌آورد تا ابزارهای محاسباتی طراحی کنند تا از قدرتمندترین رایانه‌های جهان برای شتاب استفاده کنند. درک کاتالیز ناهمگن، یک مسئله پیچیده شیمی.
مولکول ها در فاز گاز روی سطوح فلزی تبدیل می شوند
جودیت زادور، مدیر پروژه Exascale Catalytic Chemistry، تیمی از متخصصان را گرد هم آورد تا مدل‌هایی را برای کاتالیز ناهمگن - واکنش‌های مولکول‌ها در فاز گاز که روی سطوح فلزی رخ می‌دهند - سریع‌تر و قابل اطمینان‌تر توسعه دهند.
جودیت گفت: «آنچه این پروژه برای تحقیقات کاتالیزوری به ارمغان می‌آورد این است که به دنبال خودکارسازی ساخت مدل‌های پیچیده است که برای توصیف شیمی پیچیده بین گازها و سطح کاتالیزوری مورد نیاز است.» حتی برای سیستم های به ظاهر ساده، مانند هیدروژنه کردن CO و CO2، ممکن است ده ها واکنش روی روکش فلزی معمولی رخ دهد. اگر مولکول‌های بزرگ‌تر و سطوح پیچیده‌تر را در نظر بگیریم، می‌تواند به صدها یا بیشتر برسد."
شیمیدانان و مهندسان به طور فعال در حال مطالعه این برهمکنش ها برای مشکلات هستند، از جمله تبدیل مولکول های ساده تر و ارزان تر به مولکول های مفیدتر و گران تر. با ابزارهای جدید توسعه یافته، تیم جودیت در داخل و خارج از Sandia می تواند مدل هایی ایجاد کند و این واکنش ها را آسان تر و سیستماتیک تر شبیه سازی کند.
«مردم به طور سنتی این مکانیسم‌های واکنش را جمع‌آوری می‌کنند، سعی می‌کنند تا آنجا که می‌توانند به صورت دستی واکنش‌های مربوطه را فهرست کنند و سپس خواص هر واکنش را به‌صورت جداگانه محاسبه کنند. جودیت گفت: این یک روند کند است و می تواند مستعد خطا باشد.
جودیت ادامه داد: شرکای قهوه ای و شمال شرقی ما کد کامپیوتری ایجاد کرده اند که می تواند واکنش ها را فهرست کرده و ویژگی های آنها را به روشی سیستماتیک ارزیابی کند. سپس در ساندیا کدهایی را برای مطالعه سیستماتیک اما خودکار این واکنش ها با کمک شیمی کوانتومی ایجاد می کنیم. ما همچنین ابزارهای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل برای تفسیر مدل ها به عنوان یک کل ساختیم. آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام تجربیات خود را به روش پایه شیمی کوانتومی کمک می کند، در حالی که براون، آرگون و ساندیا به طور مشترک در حال توسعه روش های جدید برای بهبود ترموشیمی هستند.
شیمی را کم کم بهتر کنید
علاوه بر کشف علم جالب در مورد سیستم‌های خاص، هدف مهم این پروژه ارائه ابزارهایی به سایر محققان است که بتوانند سیستم‌های مورد علاقه خود را با دقت بیشتری پیش‌بینی کنند و در نهایت تلاش‌های آزمایشی را بر مولدترین استراتژی‌های کاتالیزوری متمرکز کنند. این محاسبات سیستماتیک می توانند با دقت بیشتری پیش بینی کنند که کدام فعل و انفعالات منجر به یک واکنش شیمیایی مورد نظر می شود.
جودیت می‌گوید یافتن این که کدام فعل و انفعالات برای مدل‌سازی مهم‌تر است، مانند دانستن اینکه کدام شاخه از درخت را باید هرس کرد تا به شکل دلخواه خود برسد.
او گفت: "روی سطح کاتالیزوری، همیشه مسیرهای شیمیایی وجود دارد که به جایی که شما می خواهید ختم می شود، اما مسیرهایی هستند که به محصولی ختم می شوند که شما نمی خواهید." "اگر درخت را تصور کنید، می توانید یک شاخه را به سمت راست دنبال کنید و به نتیجه درست منجر می شود، اما به سمت چپ بروید و این منجر به یک نتیجه ناخواسته می شود. اگر یک ابزار خودکار و قدرت محاسباتی کافی دارید، می‌توانید سناریوهای بسیار بیشتری را نسبت به آنچه که به طور سنتی از نظر تئوری یا تجربی ممکن است مطالعه کنید و به شما کمک کنید تا بفهمید که چه چیزی باعث می‌شود یک واکنش کاتالیزوری محصولی تولید کند."
دلیل بزرگی که چرا محققان شیمی به ابزارهای ارائه شده توسط محاسبات با کارایی بالا نیاز دارند این است که واکنش‌های بسیار زیادی برای اندازه‌گیری یا محاسبه وجود دارد.
جودیت گفت: «این روزها ما می‌توانیم محاسبات دقیق را نه تنها برای چند واکنش مهم اول، بلکه برای بسیاری دیگر انجام دهیم و تخمین‌های بهبود یافته‌ای از سرعت واکنش دریافت می‌کنیم». استراتژی این پروژه بهبود مکرر مدل ها است. شما مکانیزمی را ارائه می دهید، مهم ترین اما ناشناخته ترین قسمت ها را انتخاب می کنید، آنها را بهبود می بخشید و سپس آن را در مکانیزم اصلی قرار می دهید. حالا مکانیزم بهتری دارید و اگر هنوز به اندازه کافی خوب نیست، یک دور دیگر درست کنید. این بهبود دایره ای مفهوم کلیدی این پروژه است. اگر به اندازه کافی دور بزنید، باید به دقت دلخواه برسید."
فاز بعدی
اکنون که پروژه Exascale Catalytic Chemistry - که توسط دپارتمان علوم، انرژی پایه، شیمی، علوم زمین و علوم زیستی DOE تامین می شود - برای چهار سال دیگر تمدید شده است، جودیت و تیمش می خواهند بررسی کنند که چگونه شیمی یک مولکول روی سطح کاتالیزوری است. با حضور مولکول های دیگر روی سطح تغییر می کند.
"این به اصطلاح جذب همزمان نتیجه واکنش ها را تغییر می دهد، بنابراین آنها مهم هستند. با این حال، تنظیم محاسبات برای این سیستم‌ها بسیار پیچیده است، زیرا راه‌های زیادی وجود دارد که از طریق آنها این مولکول‌ها می‌توانند بر روی سطح تعامل داشته باشند. "شما نمی توانید این کار را با دست انجام دهید، و به نظر می رسد که شما نمی توانید آن را تنها با قدرت کامپیوتر انجام دهید. ما برای استفاده از چارچوب های محاسباتی خود باید از یادگیری ماشینی استفاده کنیم. این یک چالش هیجان انگیز است."
نقل قول: این برنامه به تسریع مطالعه مسائل پیچیده شیمیایی کمک می کند (2022، 15 ژانویه)، استخراج شده در 15 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-complex-chemistry-problems.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- Lakers on verge of NBA Finals as they push Nuggets into third straight 3-1 series deficit
- کلمات کلیدی: 'چین سنگ!' — ایالات متحده نه آنقدر با توجه به Elon Musk
- جزایر' بری Trotz Trotz تغییرات را در پرواز در Panthers سری
- مغلوب ساختن پیشی جستن حملات میشیگان AG پس از او خواستار یک "زود رنج کودک' بیش ماسک اختلاف
- پیدا کردن نقطه شکست برای تالاب های ساحلی
- A - Z اطلاعات عینک شنا
- خارج از جعبه: مغلوب ساختن پیشی جستن "است که تشدید خشونت ها در سراسر کشور و نیاز به خارج شدن از راه' — سابق جمهوری خواه فرماندار نیوجرسی
- Outside the Box: Why Americans will soon be getting back to the good old days of 2019
- Fauci بازدید در کاخ سفید پس از انتقاد با تهمت تجارت مشاور: 'آن را انجام نمی دهد هر چیزی اما منعکس کننده ضعیف در آنها'
- پایین آمدن سطح آب دریاها منجر به زوال جوامع پیش از کلمبیا در 2000 سال پیش شد.