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Projekt
Modellierung der Prekursorchemie - Entwicklung, Reduktion und Optimierung von Reaktionsmechanismen des Zerfalls und der Verbrennung metallorganischer Verbindungen
Antragsteller
Dr.-Ing. Irenäus Wlokas
Fachliche Zuordnung
Technische Chemie
Förderung
Förderung von 2015 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262219004
Das Gesamtziel der Forschergruppe, skalierfähige Prozesse zur Gasphasensynthese maßgeschneiderter Nanopartikel zu entwickeln, verlangt eine detaillierte Beschreibung der chemischen Reaktionskinetik. TP8 hat das Ziel, entsprechende Reaktionsmechanismen des Prekursorzerfalls und der Prekursorverbrennung (Oxidation und Interaktion mit der Flammenkinetik) zu entwickeln. Obwohl die Herstellung von Nanopartikeln aus der Gasphase seit geraumer Zeit erforscht wird, existieren detaillierte Reaktionsmechanismen nur für wenige Stoffsysteme. Das liegt zum einen an der kleinen experimentellen Datenbasis (verglichen mit der Verbrennung klassischer Kraftstoffe) und zum anderen an dem hohen Aufwand, Mechanismen elementarer Reaktionen "von Hand" zu erzeugen und zu optimieren. Daher soll der Prozess der Generierung, Optimierung und Reduktion von Mechanismen formalisiert und möglichst weitgehend automatisiert werden. Die Erzeugung eines Reaktionsmechanismus soll in folgenden Schritten verlaufen:1. Erstellen möglicher Reaktionspfade (Elementarreaktionen) aufgrund kombinatorischer Überlegungen oder auf Basis von Analogien zu bekannten Stoffsystemen aus der Literatur2. Berechnung der kinetischen und thermochemischen Eigenschaften wichtiger Reaktionen bzw. Spezies3. Optimierung der Reaktionskoeffizienten an einem Satz von Zielergebnissen (z.B. orts- oder zeitaufgelöst gemessene Spezieskonzentrationen) unter Berücksichtigung der Kinetik bekannter Elementarreaktionen4. Reduktion des Reaktionsmechanismus zum Einsatz in CFD-Codes Bei der automatischen Erstellung eines Reaktionsmechanismus sollen die Schritte Optimierung und Reduktion iterativ durchgeführt werden. Hier sollen zunächst die von den Antragstellern entwickelten Methoden auf Basis von evolutionären Algorithmen zum Einsatz kommen. Geschwindigkeitskoeffizienten kritischer Reaktionen und die thermochemischen Eigenschaften von Gasphasenspezies werden durch quantenchemische und theoretisch-kinetische Berechnungen ergänzt. Die Weiterentwicklung und Erweiterung des Generierungsprozesses von Reaktionsmechanismen um zusätzliche Algorithmen und Methoden ist ein weiteres Hauptziel von TP8. Die resultierenden Mechanismen werden mit experimentellen Daten aus TP1, TP2 und TP3 validiert und in reduzierter Form in die Gesamtsimulation von TP9 integriert.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich
Professor Dr.-Ing. Andreas Kempf
