Forschung

 

Modellierung und Simulation in der Katalyse

Urheberrecht: © GiovanniMaria Piccini

Ziel unserer Forschungsgruppe ist die Entwicklung und Anwendung molekularer Modellierungs- und Simulationsmethoden auf relevante Probleme im Bereich der Katalyse, die von heterogenen, homogenen, und supramolekularen bis zu biokatalytischen Systemen reichen. Durch die Kombination moderner Techniken wie Ab-Initio-Quantenchemie, Molekulardynamik, Enhanced Sampling und Freie-Energie-Methoden mit Hilfe von Werkzeugen des Machine Learnings wollen wir die molekularen Grundlagen von Katalysatoren unter experimentellen operando Bedingungen verstehen.

Genauer gesagt konzentriert sich unsere Forschung auf die Untersuchung der molekularen Dynamik von "seltenen Ereignissen", d. h. von molekularen Phänomenen wie chemischen Reaktionen, Phasenübergängen oder großen Konformationsänderungen, die auf langen Zeitskalen ablaufen. Diese Probleme sind in der Chemie allgegenwärtig und für die Katalyse von grundlegender Bedeutung, aber ihre Untersuchung mit molekularen Simulationstechniken bleibt eine Herausforderung. Um die Limitierungen der Zeitskalen zu überwinden, entwickelt und verwendet unsere Gruppe Advanced-Sampling Techniken, die es uns ermöglichen, seltene chemische Ereignisse zu beobachten und ihre thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften zu bestimmen. Diese leistungsstarken Werkzeuge werden mit Techniken des Machine Learnings kombiniert, um Ergebnisse zu analysieren, Struktur/Reaktivitätsbeziehungen zu charakterisieren und statistische Stichproben zu beschleunigen. Unser computergestützter Ansatz ist stets auf den Vergleich mit Experimenten ausgerichtet und lässt sich von experimentellen Synthese- und Charakterisierungstechniken inspirieren, die modelliert und simuliert werden können.

Anwendungen:

• Katalyse und Speicherung in nanoporösem Material - Zeolithe, MOFs, COFs
• Reaktive Grenzflächen fest/flüssig
• Heterogene Katalyse der Umwandlung von Biomasse zur Kohlenstoffneutralität
• Biomimetische supramolekulare Katalyse
• Biokatalyse für die Synthese von organischen Produkten und Arzneimitteln