Multiscale theoretical and computational modeling of the synthesis, structure and performance of functional carbon materials
Bibliographic record
Abstract
Les matériaux fonctionnels à base de carbone ou composés d'une matrice de carbone, incluant les matériaux dopés par des métaux de transition, sont largement utilisés dans le domaine de la catalyse par l'hydrogène et sont présentement développés pour des applications dans l'emmagasinage d'hydrogène. Le but premier de ce travail de thèse est d'acquérir des connaissances fondamentales et des détails quantitatifs sur : (i) la chimie de leur mode de synthèse, (ii) leur microstructure et leur composition chimique et (iii) leur fonctionnalité, en utilisant des modélisations à différentes échelles ainsi que des méthodologies de simulation. Le palladium et le palladium (II) acétyl acétonate sont respectivement le métal de transition et son précurseur d'intérêt. Une approche de modelage ab initio consistant en une implantation d'une onde planaire pseudo-potentielle dans la théorie de densité fonctionnelle de Kohn-Sham, combinée à une dynamique moléculaire de Car-Parrinello, a été mise en application afin de modéliser l'étape de dopage par le palladium dans la synthèse de matériaux à base de carbone ou composés d'une matrice de carbone et ses interactions avec les atomes d'hydrogène. La structure électronique est analysée à l'aide de la fonction de localization par électron et, lorsque nécessaire, les interactions dynamiques de l'hydrogène ont été accélérées et le bilan énergétique des interactions a été calculé en utilisant des techniques méta-dynamiques. Les pseudo-potentiels de palladium sont testés et validés quant à leur utilisation dans un environnement d'hydrocarbures par des simulations corroborant la stucture crystalline du palladium (II) acétyl acétonate observée expérimentalement. Des hypothèses expérimentales de longue date sur le dopage par le palladium ont été confirmés et de nouvelles considérations fondamentales en lien avec leur chimie moléculaire ont été révélées. La cinétique, les mécanismes et les barrières et empreintes énergétiques de l'adsorption de l'hydrogène ainsi que sa migration et sa désorption du complexe de palladium et de matériel à base de carbone ou composé d'une matrice de carbone ont été mis de l'avant pour une première fois. Les effets du dopage par le palladium et de la procédure de synthèse sur la structure poreuse de fibres de carbones activées par le dopage par le palladium sont quantifiés par une application d'une nouvelle méthode mécanique statistique sur les isothermes de physisorption expérimentales. Les inconvénients des méthodes conventionnelles d'analyse de structures poreuses basées sur l'adsorption sont démontrées. Puisque les fonctionnalités des matériaux à base de carbone dépendent fortement de leur microstructure, un modèle basé sur la thermo-poro-mécanique, servant à expliquer et prédire l'adsorption induite par les déformations au niveau de la microstructure, est développé et validé. Une explication au niveau moléculaires des tendances observées expérimentalement quant à la déformation est également proposée. En résumé, ce travail de thèse propose une étude scientifique compréhensible des matériaux fonctionnels à base de carbone ou composés d'une matrice de carbone en intégrant : (i) un modelage ab initio du dopage par le palladium et de l'interaction avec les atomes d'hydrogène, (ii) un calcul de la structure des pores basé sur les données issues des études expérimentales sur la physisorption, et (iii) un modelage statistique au niveau du continuum mécanique de l'adsorption induite par la déformation.
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How this classification was reachedexpand
Full frame machine prediction
Teacher imitationNot calibrated prevalence, not ground truth. Human validation pending. The Gemma side is a direct model label for every work in the frame, read from the title-only record. The Codex side is a classifier learned from the 10,348 direct Codex labels and calibrated to design-weighted sample rates; fields without enough sample support carry no Codex call. Candidate is the union of the two sides; consensus is their intersection. These outputs are machine_predicted_unvalidated and are not human labels.
Distilled classifier scores by category (both heads)
| Category | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Metaresearch | 0.000 | 0.001 |
| Meta-epidemiology (narrow) | 0.000 | 0.000 |
| Meta-epidemiology (broad) | 0.001 | 0.001 |
| Bibliometrics | 0.000 | 0.001 |
| Science and technology studies | 0.001 | 0.001 |
| Scholarly communication | 0.001 | 0.001 |
| Open science | 0.001 | 0.001 |
| Research integrity | 0.001 | 0.001 |
| Insufficient payload (model declined to judge) | 0.002 | 0.000 |
Machine scores (provisional)
The two teacher heads of the student model, read on this work. A score orders the frame for review; it never asserts a category, and the validation status ships verbatim with every row.
Baseline scores from an immature model (maturity gate not passed, 7 training rounds). Scores rank; they never assert a category.
score_only:v0-immature-baseline · verbatim from the scoring run: score_only means the number may rank works, and no category label ships from itClassification
machine, unvalidatedMachine predicted; a candidate call from one source (direct Gemma or distilled Codex), not a consensus.
How this classification was reached, model by model and score by score, is at the end of the page under "How this classification was reached".