Hoe een bachelorstudent bijdroeg aan betere scheikundige simulaties
Doğukan Yilmaz koos voor een studie die aansloot bij zijn lievelingsvakken, en dat pakte goed uit. Voor zijn bachelorthesis ontwikkelde hij een nieuw model om een belangrijke chemische reactie beter te voorspellen. ‘Op de grens van wat mogelijk is op bachelorniveau,’ schrijven zijn begeleiders. Dankzij zijn indrukwekkende prestaties is Doğukan genomineerd voor de titel Leiden Science Young Talent 2024.
Doğukan combineerde zijn liefde voor scheikunde, wiskunde en natuurkunde bij zijn keuze voor de bachelor Molecular Science and Technology (MST) een gezamenlijke opleiding van de Universiteit Leiden en de TU Delft. ‘MST bood me een mooie combinatie van fundamentele scheikunde in Leiden en procestechnologie in Delft,’ vertelt hij. Uiteindelijk trok de Leidse kant van scheikunde hem het meest, maar hij kon nog steeds wiskundige vakken vanuit Delft volgen.
Splitsing van stikstof nauwkeuriger simuleren
Voor zijn bacheloronderzoek richtte Doğukan zich op een belangrijk chemisch proces: de reactie van stikstof op een ruthenium oppervlak. Stikstofmoleculen (N2) die in contact komen met het metaal ruthenium splitsen zich in losse stikstofatomen. Dit proces is bijvoorbeeld belangrijk in de productie van kunstmest, omdat losse stikstofatomen vervolgens verder kunnen reageren tot ammonia (NH3).
Om deze reactie te bestuderen, gebruikte Doğukan de zogenaamde density functional theory (DFT). ‘Hiermee kun je met computermodellen chemische processen op atomair niveau simuleren,’ legt hij uit. ‘Ik ontwikkelde nieuwe rekenmodellen die heel nauwkeurig konden voorspellen hoe deze stikstofmoleculen zich gedragen en welke energie nodig is om de reactie te laten plaatsvinden.’
‘We hebben zijn thesis al met veel collega’s gedeeld’
Doğukan maakte zijn ontwikkelingen beschikbaar via de open-source bibliotheek Libxc. ‘Het idee dat iedereen in de wetenschappelijke wereld mijn werk kan gebruiken, vind ik heel mooi’, zegt hij.
Zijn begeleiders Nick Gerrits en Jörg Meyer prijzen Doğukan’s doorzettingsvermogen en innovatief denken. ‘Het simuleren van chemische reacties op metalen oppervlakken is bijzonder lastig,’ zegt hij. ‘Doğukan heeft een nieuwe benadering ontwikkeld die, eenmaal volledig uitgewerkt, een belangrijke voortgang kan betekenen voor ons vakgebied. Hij legde zijn werk vast in een uitstekende scriptie, die we al met verschillende collega’s hebben gedeeld, bijvoorbeeld tijdens een internationale conferentie in Parijs.’
Van bachelorthesis naar masterproject
Doğukan kijkt terug op een waardevolle bachelortijd. ‘MST heeft me een breed overzicht gegeven van verschillende velden binnen de scheikunde,’ vertelt hij. ‘En tijdens mijn afstudeerstage heb ik ervaren hoe je wetenschappelijk onderzoek doet en hoe het leven in een onderzoeksgroep eruit ziet.’
Doğukan vervolgt zijn studietijd in Leiden, als masterstudent Chemistry. Hij koos voor de onderzoeksspecialisatie binnen de track Energy & Sustainability. Hij is nog niet klaar met zijn project. ‘Met de resulaten van mijn bachelorthesis heb ik een klein masterproject opgezet. Ik werk aan een nieuw model dat ik wil testen op diverse chemische systemen om de nauwkeurigheid ervan te meten. Zo kan ik het verhaal hopelijk mooi afronden.’