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摘 要：研究人员通过结合第一性原理计算和反应动力学计算技术，开发出一种即使在没有实验数据的情况下也能够通过模拟来评估催化剂性能的方法，有望加速以理论和计算为主导的催化剂材料的探索。
关键字：甲烷转化固体催化剂、甲烷氧化偶联反应（OCM）、第一性原理计算、反应动力学、催化剂材料、乙烷
◆甲烷氧化偶联反应（OCM）作为有效利用天然气的技术，其反应机理复杂，并且详细内容尚未被阐明。
◆开发了一种结合第一性原理计算和反应动力学的方法和程序，并通过理论计算成功预测了氧化镁催化剂的反应效率。
◆所开发的方法可应用于探索对汽车尾气净化和二氧化碳还原有效的催化剂，并有望为解决能源问题和实现脱碳社会作出贡献。
在JST战略性创造研究推进事业中，日本物质材料研究机构（NIMS）能源与环境材料研究院的研究人员通过结合第一性原理计算和反应动力学计算技术，开发出一种从理论上评估固体催化剂性能的模拟方法。
在此之前，针对单一或有限数量的反应路径进行的模拟研究是重点评估方法，不使用实验信息就很难预测催化反应的效率。
该研究开发了一种结合基于量子力学的第一性原理计算和反应动力学模拟的方法，并将其应用于在天然气使用中十分重要的甲烷氧化偶联反应（OCM）。结果，研究人员在不使用反应动力学相关实验结果的情况下，成功预测了乙烷等生成物的产率。此外，还预测了由温度和分压导致的产率变化，其结果如实地再现了现有的实验结果。
根据这项研究成果，即使在没有实验数据的情况下也能够通过模拟来评估催化剂的性能，因此有望加速以理论和计算为主导的催化剂材料的探索。
该研究成果已于2021年2月25日（美国东部时间）发表于国际科学期刊《ACS Catalysis》的在线版。
翻译：李释云
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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