Dynamische Modellierung v. Sites in der heterogenen Katalyse

Unsere Gesellschaft muss von der Nutzung fossiler Brennstoffe zu nachhaltigen Energiequellen übergehen. Ein vielversprechender Weg zur Bewältigung dieser Herausforderung ist die chemische Energiespeicherung in energiereichen Molekülen, die durch Katalysatoren ermöglicht werden kann. Katalysatoren sind Materialien, die chemische Reaktionen beschleunigen, so dass sie schneller ablaufen und die Bildung erwünschter Produkte fördern, während unerwünschte Produkte minimiert werden. Um zu verstehen, wie Katalysatoren auf atomarer Ebene funktionieren, werden heute häufig Computersimulationen eingesetzt. Diese Simulationen verfolgen das Verhalten von Elektronen durch Berechnungen der elektronischen Struktur und beschreiben die Reaktionsschritte, die Katalysatoren ermöglichen, angefangen bei den Ausgangsstoffen bis hin zu den Endprodukten. Die derzeitigen theoretischen Techniken reichen jedoch nicht aus, um die Komplexität von Katalysatoren unter Reaktionsbedingungen zu erfassen, da die verfügbaren Methoden begrenzt sind und davon ausgegangen wird, dass Katalysatoren bei der Förderung chemischer Reaktionen unverändert bleiben. Das DYNAMO Projekt zielt darauf ab, einen theoretischen Rahmen zu schaffen, um das Verhalten von komplexen katalytischen Materialien unter Reaktionsbedingungen besser zu verstehen. Um dieses Ziel zu erreichen, wird sich das Projekt auf eine relevante Reaktion im Bereich der nachhaltigen Energie konzentrieren: die Methanolsynthese aus CO2 und Wasserstoff, katalysiert durch Cu-basierte Materialien. Wir werden elektronische Strukturberechnungen, Moleküldynamik und künstliche Intelligenz integrieren, um die Lücke zwischen Theorie und Experiment zu schließen. Darüber hinaus werden wir mit experimentellen Referenzgruppen zusammenarbeiten, um experimentelle Daten zu nutzen und unsere theoretischen Modelle zu validieren und so unsere Fähigkeit zur genauen Beschreibung von Katalysatoren durch rechnerische Simulationen zu verbessern. Insgesamt zielt das DYNAMO Projekt darauf ab, theoretische Werkzeuge zu schaffen, um Katalysatoren besser zu verstehen und Wissen bereitzustellen, das zu den weltweiten Bemühungen um die Entwicklung besserer katalytischer Materialien zur Bewältigung des Energieproblems beiträgt.