Andrew Eisenhart, étudiant à l'UC, a utilisé des simulations quantiques pour comprendre un solvant commun prometteur pour l'énergie verte. Crédit :Colleen Kelley/UC Creative
Pour comprendre les propriétés fondamentales d'un solvant industriel, des chimistes de l'Université de Cincinnati se sont tournés vers un superordinateur.
Thomas Beck, professeur de chimie et chef de département de l'UC, et Andrew Eisenhart, étudiant diplômé de l'UC, ont effectué des simulations quantiques pour comprendre le carbonate de glycérol, un composé utilisé dans le biodiesel et comme solvant commun.
Ils ont découvert que la simulation fournissait des détails sur la liaison hydrogène pour déterminer les propriétés structurelles et dynamiques du liquide qui manquaient aux modèles classiques. L'étude a été publiée dans le Journal de chimie physique B .
Le carbonate de glycérol pourrait être un solvant chimique plus écologique pour des choses comme les batteries. Mais les chimistes doivent en savoir plus sur ce qui se passe dans ces solutions. Ils ont étudié les composés fluorure de potassium et chlorure de potassium.
"L'étude que nous avons réalisée nous donne une compréhension fondamentale de la façon dont de petits changements dans une structure moléculaire peuvent avoir des conséquences plus importantes pour le solvant dans son ensemble, " a déclaré Eisenhart. " Et comment ces petits changements rendent ses interactions avec des choses très importantes comme les ions et peuvent avoir un effet sur des choses comme les performances de la batterie. "
L'eau est un solvant apparemment simple, comme peut en témoigner quiconque a mélangé du sucre dans son café.
Andrew Eisenhart, étudiant à l'UC, la gauche, et le chef du département de chimie de l'UC, Thomas Beck, ont collaboré à une étude de recherche sur le carbonate de glycérol. Crédit :Colleen Kelley/UC Creative
"Les gens étudient l'eau depuis des centaines d'années - Galilée a étudié l'origine de la flottation dans l'eau. Même avec toutes ces recherches, nous n'avons pas une compréhension complète des interactions dans l'eau, " a déclaré Beck. "C'est incroyable parce que c'est une molécule simple mais le comportement est complexe."
Pour la simulation quantique, les chimistes se sont tournés vers le Advanced Research Computing Center de l'UC et le Ohio Supercomputer Center. Les simulations quantiques fournissent un outil pour aider les chimistes à mieux comprendre les interactions à l'échelle atomique.
« Les simulations quantiques existent depuis un certain temps, ", a déclaré Eisenhart. "Mais le matériel qui a évolué récemment, des éléments tels que les unités de traitement graphique et leur accélération lorsqu'ils sont appliqués à ces problèmes, crée la possibilité d'étudier des systèmes plus importants que par le passé."
"Comment les ions se dissolvent-ils dans ce liquide par rapport à l'eau ? Nous devions d'abord comprendre quelle était la structure de base du liquide, " dit Beck.
La recherche a été financée par une subvention de la National Science Foundation.
Chaque batterie lithium-ion contient un solvant. En trouver un meilleur pourrait améliorer le stockage et l'efficacité énergétique.
"Le monde évolue dans le sens de la durabilité. Il est assez clair que l'éolien et le solaire seront deux contributeurs majeurs avec d'autres énergies vertes, " dit Beck. "Mais l'énergie générée est intermittente. Vous avez donc besoin de méthodes de stockage d'énergie à grande échelle de sorte que si le temps est nuageux pendant deux jours, une ville peut continuer à fonctionner."
