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Structural and thermophysical properties of quantum fluids adsorbed on nanostructured surfaces

Projektbeschreibung

Modellierung der Adsorption von Quantenflüssigkeiten auf nanostrukturierten Oberflächen

Das EU-finanzierte Projekt QFluidsNano plant die Entwicklung moderner Rechenwerkzeuge für die Durchführung genauer quantenmechanischer Berechnungen der Struktur und der thermophysikalischen Eigenschaften atomarer und molekularer Flüssigkeiten, die auf nanostrukturierten Oberflächen absorbiert werden. Das Projekt wird die Flüssigkeitsdichtefunktionaltheorie anwenden, um die Kernbewegung von Teilchen zu modellieren und das Potenzial bestimmter Nanomaterialien (Metall- und kovalent-organische Rahmenwerke) für die Nutzung bei der Wasserstoffspeicherung und Isotopentrennung durch Quantensiebung zu bewerten. Die vorgeschlagenen Dichtefunktionssimulationen werden Forschenden bei der Synthetisierung und Optimierung sowie beim Test von Nanokomponenten mit vergleichsweise geringen Rechenkosten helfen.

Ziel

The general aim of this project is the development of advanced computational models that enable affordable yet accurate quantum mechanical calculations of the structure and thermophysical properties of atomic and molecular fluids adsorbed on nanostructured surfaces.The proposed method is based on the liquid density functional theory (to treat the nuclear quantum dynamics) with the first principle evaluation of the interaction forces employing state-of-the-art electronic structure methods. These models will be subsequently applied to the computational investigation of macroscopic quantum effects on the adsorption isotherms, the isotopic selectivity on adsorption, particle diffusion, etc, of helium and hydrogen fluids adsorbed in nanoporous materials. We will focus on the characterization (via computational screening) of the influence of the structural and electronic properties (e.g. the size and geometry of the pores, the specific surface area, the topology of the electronic states) on the capacities of nanomaterials for hydrogen storage and isotope separation via quantum sieving.
The density functional simulations will provide a realistic representation of the nuclear motion underlying storage and sieving phenomena in the target nanomaterials (e.g. metal- and covalent-organic frameworks), and accurate estimations of strutural and thermodynamics properties of the adsorbed fluid, in situations where the computational cost of the standard numerical schemes becomes prohibitive. The insight provided by these calculations can be used to guide the experimental efforts on the investigation of the target systems, and on their applicability in the design of more efficient nanodevices. Consequently, they may lead to significant savings of energy and of natural resources, associated to the design, synthesis, optimization and testing of nanocomponents.

Koordinator

UNIVERSITE PAUL SABATIER TOULOUSE III
Netto-EU-Beitrag
€ 196 707,84
Adresse
ROUTE DE NARBONNE 118
31062 Toulouse Cedex 9
Frankreich

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Region
Occitanie Midi-Pyrénées Haute-Garonne
Aktivitätstyp
Higher or Secondary Education Establishments
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Gesamtkosten
€ 196 707,84