Etude DFT de sites cationiques de la zéolithe CuIY : développement et méthodologie : OCECP et DFTB

par Nicolas Jardillier

Thèse de doctorat en Chimie théorique, physique, analytique

Sous la direction de Dorothée Berthomieu.

Soutenue en 2006

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    Les zéolithes Y de type Faujasite ayant un rapport Si/Al supérieur à 1 ne sont pas rigoureusement périodiques bien que globalement organisées. De ce fait et de par la grande taille de ces systèmes, pour étudier localement les sites actifs de cette zéolithe une approche cluster est utilisée. Les résultats de modélisation par des calculs quantiques (Density Functional Theory, DFT) des sites cationiques des zéolithes CuIY et NaY, montrent que seuls les sites I, I’ et II sont occupés. Dans cette approche, la taille du modèle ainsi que les atomes saturant les liaisons pendantes sont des facteurs primordiaux. Une amélioration possible de la description des bords des clusters est l’utilisation de pseudo-atomes, « OCECP » (Capping Electron Core Potential), obtenus par un algorithme génétique. Les clusters saturés par les OCECP ont l’avantage d’introduire des charges plus proches du solide réel. Une deuxième méthode, SCC-DFTB (méthode semi-empirique), basée sur une stratégie de pré-optimisation de grands systèmes permet une économie de temps de calcul et apporte un outil supplémentaire pour l’étude des matériaux. Le développement de ces deux méthodes, utiles pour des études par une approche cluster de systèmes de grandes tailles dans le domaine des zéolithes (ou d’autres matériaux nanostructurés), s’inscrit dans l’évolution que suit la modélisation pour être utile à l’expérience, notamment en constituant une perspective vers des calculs du type DFT/DFTB

  • Titre traduit

    DFT study of CuIY zeolite cation sites : development and methodology : OCECP and DFTB


  • Résumé

    Y Faujasite type zeolites with a Si/Al ratio higher than 1 are not rigorously periodic although they are globally organized. As a consequence and from the fact that these systems are very large, a cluster approach was used to model the local active sites of the zeolite. The results of modelling by quantum calculations (Density Functional Theory, DFT) of the cation sites of zeolites CuIY and NaY, show that only sites I, I' and II are occupied. In this approach, the sizes of the model as well as the atoms saturating the dangling bonds are paramount factors. A possible improvement of the description of the edges of the clusters is the use of pseudo-atoms, “OCECP” (Capping Electron Core Potential), obtained by a genetic algorithm. The clusters saturated by the OCECP have the advantage of introducing charges closer to the real solid. A second method, SCC-DFTB (semi-empirical method), based on a strategy of pre-optimization of big systems allows a saving in computing time and brings an additional tool for the study of materials. The development of these two methods, useful for studies by a cluster approach of big size systems in the field of zeolites (or other nanostructured materials), falls under the evolution that modelling follows to be useful for the experiment, in particular by constituting a perspective towards DFT/DFTB calculations types

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