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Atomistic Simulation of Solid- and Liquid-Phase Redox Processes in Iron–Oxygen System

Maliugin, Aleksandr 1
1 Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Diese Dissertation untersucht Redoxprozesse in Eisen–Sauerstoff-Systemen in der festen und flüssigen Phase unter Verwendung eines Multiskalen-Simulationsansatzes, der Dichtefunktionaltheorie, Monte-Carlo-Simulationen, Molekulardynamik und maschinell gelernte interatomare Potentiale kombiniert. Thermodynamische Stabilität, Diffusion und Reaktionsmechanismen von Eisenoxiden werden unter verschiedenen Sauerstoffchemischen Potentialen analysiert. In der flüssigen Phase werden Transporteigenschaften und das Oxidationsverhalten von Fe–O-Schmelzen bei hohen Temperaturen untersucht. ... mehr

Abstract (englisch):

This thesis investigates solid- and liquid-state redox processes in iron–oxygen systems using a multiscale simulation framework combining density functional theory, Monte Carlo simulations, molecular dynamics, and machine learning interatomic potentials. Thermodynamic stability, diffusion, and reaction mechanisms of iron oxides are analyzed under varying oxygen chemical potentials. In the liquid phase, transport properties and oxidation behavior of Fe–O melts are studied at high temperatures. The results provide atomistic insight into iron-based energy carrier systems and contribute to the understanding of oxidation and reduction processes relevant to energy storage and conversion.


Volltext §
DOI: 10.5445/IR/1000193600
Veröffentlicht am 02.06.2026
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP)
Publikationstyp Hochschulschrift
Publikationsdatum 02.06.2026
Sprache Englisch
Identifikator KITopen-ID: 1000193600
Verlag Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Umfang x, 165 S.
Art der Arbeit Dissertation
Fakultät Fakultät für Chemie und Biowissenschaften (CHEM-BIO)
Institut Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Prüfungsdatum 22.04.2026
Schlagwörter iron oxidation, iron oxide reduction, Fe–O systems, molecular dynamics, Monte Carlo simulation, density functional theory, machine learning interatomic potential, thermodynamics, diffusion, redox processes
Referent/Betreuer Studt, Felix
Deutschmann, Olaf
KIT – Die Universität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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