At give den studerende indblik i de nyeste eksperimentelle og teoretiske metoder som anvendes til at beskrive og undersøge processer på atomar skala i molekyler, faste stoffer og på grænseflader mellem faste stoffer og væsker/gasser. Et vigtigt aspekt er anvendelser til heterogen katalyse især inden for energiomdannelse og energilagring, således at anvendelsen energi fra vedvarende kilder i fremtiden kan øges ud over de nuværende begrænsninger. Det er kursets hovedmål at gøre studerende i stand til at bidrage aktivt i forskningsprojekter inden for dette vigtige område.

• Forklare fænomener som er bestemmende for overfladers struktur og sammensætning.
• Forklare grundlaget for tæthedsfunktionalteori, Hohenberg-Kohn teoremerne og Kohn-Sham ligningerne.
• Forklare generelle tendenser i overfladereaktivitet og overfladeenergi.
• Forklare definitionen af exchange-correlation energien og genkende forskellene mellem LDA og GGA og mellem de forskellige versioner af GGA.
• Analysere katalytiske processer ved hjælp af simple modelbetragtninger.
• Forklare de vigtigste katalytiske processer og identificere de største tekniske problemstillinger forbundet hermed.
• Forklare hvordan nanopartikler kan bidrage til løsning af fremtidens energiproduktion.
• Forklare i detalje for den enkelte overfladeanalysemetode, inklusiv hvorfor metoden er overfladefølsom.
• Læse og forklare moderne litteratur på området således at der kan holdes et foredrag på baggrund af en udvalgt artikel.
• Fastslå hvilke eksperimentelle og teoretiske metoder, der er mest egnede for at løse et konkret problem.
• Definere et eget forskningsprojekt og lave de relevante computersimuleringer eller eksperimenter.
• Skrive en rapport på baggrund af resultaterne fra projeket.

Kurset giver et overblik over de eksperimentelle metoder, som anvendes i moderne overfladefysik og de forskellige teoretiske metoder, som bruges til at løse det kvantemekaniske elektronstrukturproblem.

Følgende teoretiske emner bliver behandlet: Interatomare vekselvirkninger, det kvantemekaniske mangepartikelproblem, tæthedsfunktionalteori, approksimative totalenergimetoder, anvendelser i overfladefysik og materialefysik, den elektroniske struktur af adsorbater på en overflade, epitaksi, adsorptions- og desorptionsmekanismer, kemisorption, samt kemisk og fysik reaktionsdynamik.

Følgende eksperimentelle emner bliver behandlet: Ultra-høj vakuum (UHV) teknikker med basistryk under 10E-13 bar. De mest anvendte metoder inden for overfladefysikken, fx x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES), ion scattering spectroscopy (ISS), low energy electron diffraction (LEED), electron microscopy (EM) og scanning probe microscopy (AFM og STM) vil også blive beskrevet.

Derudover undersøges fundamentelle aspekter af heterogen katalyse specielt i forbindelse med fremtidig energiproduktion. En vigtig del af dette modul er et individuelt forskningsprojekt inden for instituttets forskning.

"Electronic Structure Calculations for Solids and Molecules, by Jorge Kohanoff (Cambridge Univ. Press, 2006), ISBN-13 978-0-521-81591-8.
"Concepts of Modern Catalysis and Kinetics" by Ib Chorkendorff and Hans Niematverdriet (ISBN 978-3-537-31672-4). Additional notes are purchased from the course responsible.

Ministeriet for Videnskab, Teknologi og Udvikling har godkendt dette kursus som et Elitemodul på kandidatuddannelsen i Fysik og Nanoteknologi. Se kursushjemmesiden for optagelseskrav.

Kurset udbydes i samarbejde mellem Institut for Fysik og forskningscentret Catalysis in Sustainable Energy.

Kurset tæller med 10 ECTS i gruppen af generelle retningskompetencer, og 10 ECTS i gruppen af teknologisk specialisering (se kursets webside). Sidste 10 p består af projektarbejde.

Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk/kursustilmelding.aspx