چکیده :
این رساله با هدف توسعه ی روش های محاسباتی و شناسایی عوامل کلیدی در بهبود کارایی واکنش های کاتالیستی و سامانه های فلز - آب تدوین گردید. در بخش نخست، یک پارامتر سازی نوین برای مطالعه ی سامانه هایO2H-Au ارائه شد که بر پایه ی تولید جفت پارامترهای جدید با استفاده از ماژول DFTB در نرم افزار Materials Studio 2020 بنا گردید. آزمون های گسترده بر روی خوشه ها، سطوح تک لایه و دولایه و کمپلکس های فلز - آب نشان دادند که کتابخانهی DFTB-AuOH با دقت بالایی ویژگی های ساختاری و انرژیایی این سامانه ها را بازتولید کرده و رفتار دینامیکی آن نیز تطابق نزدیکی با محاسبات DFT دارد. در ادامه و در بخش دوم این پژوهش، پارامترسازی مشابهی برای سامانه های O2H-Ag انجام شد و کتابخانهی DFTB-AgOH معرفی گردید. نتایج حاصل نشان دادند که این کتابخانه ضمن پیش بینی صحیح ساختارهای پایدار و مکان های جذب مولکول آب بر روی سطوح نقره، در بسیاری موارد عملکردی برتر نسبت به پارامترهای پیشین (DFTB-HYB) ارائه می دهد. در بخش سوم این پژوهش، تمرکز بر واکنش WGS به عنوان یکی از فرایندهای محوری در تولید هیدروژن و توسعه ی حامل های انرژی تجدیدپذیر قرار گرفت. مطابق مکانیسم شناخته شده ی این واکنش، تضعیف پیوند CO نخستین گام تعیین کننده در کاهش سد انرژی و تسهیل واکنش است. بر همین اساس، رویکردی نوین بر پایه ی بهره گیری از خاصیت دوسردندانه ای مولکول CO و تشکیل پل ایزوکربونیل با زوج های اکسید فلزهای واسطه و اسیدهای لوویس دنبال شد. نتایج محاسباتی نشان دادند که فلزهای واسطه سنگین مانند Rh، Ir و Ni به همراه اسیدهای لوویس قوی گروه 13 مانند Al، Ga و In بیشترین توانایی را در انتقال بار به اوربیتال ضدپیوندی CO و افزایش طول پیوند آن دارند. در نهایت، زوج هایی مانند 3AlCl-CO-2O2Ni ، 3O2Ga-CO-O2Rh و 3O2B-CO-O2Rh به عنوان ترکیب های برتر در فعال سازی پیوند CO معرفی شدند.
کلمات کلیدی: نظریه تابعی چگالی تنگابست، پارامترسازی، خوشههای طلا و نقره، نانوسطوح طلا و نقره، جابجایی گاز - آب، دوسردندانه، ایزوکربونیل.