Overordnede kursusmål
At give den studerende indsigt i de beregningsmæssige værktøjer,
som i øjeblikket anvendes til at studere grundlæggende processer i
materialer i forbindelse med energikonvertering og -lagring.
Den studerende vil blive i stand til at vælge og anvende metoder
til at opnå indsigt i de fundamentale processer, som styrer
effektiviteten af faste og molekylære energimaterialer. Kursets
fokus er på elektronstrukturberegninger ved hjælp af
tæthedsfunktionalteori (DFT), men andre simuleringsteknikker såsom
molekylærdynamik (MD) og Monte Carlo (MC) bliver også dækket af
kurset.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
- Beskrive tæthedsfunktionalteori (DFT), molekylærdynamik (MD) og
Monte Carlo (MC) simuleringer på et basalt niveau
- Fortolke, anvende og tilpasse computerscripts til
simuleringer
- Anvende DFT-simuleringer til at studere elektronstrukturen af
faststoffer, molekyler og overflader
- Anvende MD simuleringer til at studere dynamiske processer i
materialer
- Anvende Transition State-teori til at studere rater for kemiske
processer og reaktioner
- Udføre simple Metropolis og Kinetic Monte Carlo
simuleringer
- Relatere forskellige modelskalaer of simuleringsmetoder
- Beskrive fundamentale fysiske og kemiske processer og
egenskaber som styrer effektiviteten af energimaterialer
- Analysere og fortolke simuleringsresultater for at vurdere
effektiviteten af energimaterialer
Kursusindhold
Kurset omfatter en række forelæsninger, tutorials og praktiske
beregningsopgaver. Forelæsningerne vil give den nødvendige
domæneviden og vil dække følgende emner:
Introduktion til materialesimuleringer. Grundlæggende
tæthedsfunktionalteori og molekylærdynamik. Elektronstruktur af
energimaterialer. Statistisk termodynamik og Transition
State-teori. Adsorption og diffusion på overflader.
Skaleringsrelationer og aktivitetsvulkaner i katalyse.
Computersimulering af elektrokemi. Båndtilpasning i solceller.
Ladningstransport i batterier. Elektroniske processer i organiske
energimaterialer. Kinetic Monte Carlo simuleringer.
Tutorials og opgaver fokuserer på anvendelser af
beregningsværktøjer til at studere udvalgte energimaterialer.
Litteraturhenvisninger
Udvalgte kapitler fra følgende bøger, frit tilgængelige fra DTU
Bibliotek, vil indgå i undervisningen:
1. “Density Functional Theory: A Practical Introduction” af David
S. Sholl og Janice A. Steckel.
2. “Understanding Molecular Simulations: From Algorithms to
Applications” af Daan Frenkel og Berend Smit
3. “Fundamental Concepts in Heterogeneous Catalysis” af Jens K.
Nørskov, Felix Studt, Frank Abild-Pedersen og Thomas Bligaard.
Sidst opdateret
26. april, 2019
