Zugang zu einem Computergestützten Design von Photokatalysatoren für deNOx Reaktionen durch hoch-dimensionale Reaktionspotentialflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Sentef, seit 9/2023
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462776874

Der Abbau von Stickoxiden NOx (deNOx) wird zu einer der dringendsten Aufgaben in der Gegenwart. TiO2 ist dabei bekannt als einer der geeigneten Photokatalysatoren, wobei allerdings die erreichbare Effizienz sehr kritisch einzuschätzen ist. Trotz umfangreiche experimenteller Studien Dichtefunktionalrechnungen (DFT) sind dabei unverzichtbare Werkzeuge zur Untersuchung der katalytischen Mechanismen und die Erarbeitung von Leitfäden für die Entwicklung neuer Katalysematerialien. Die Trends in der katalytischen Aktivität und Selektivität können basierend auf Skalierungszusammenhängen und Aktivitätsvulkanplots unter Verwendung weniger Deskriptoren (meist Absorptionsenergien der wichtigsten Intermediate) verstanden werden. Die Skalierungsbeziehungen müssen für beide Typen von Reaktionen, in photokatalytischen Materialien sowohl unter Dunkelbedingung als auch unter Mitwirkung von Licht verstanden werden.Deshalb ist Ziel dieses Projektes, eine hoch-dimensionale Reaktionspotentialenergiefläche über einem vollständigen Reaktionsnetzwerk und unter Verwendung von neuen Algorithmen für die Auswahl von optimalen Reaktionspfaden zu bestimmen. Verlässliche Daten über die Energetik werden über Rechnungen mit korrigierten Energielücken und Lokalisierungseigenschaften von Standard-DFT erhalten und benutzen die selbstkonsistenten Ladungskorrekturen im Falle von ladungsassistierten Reaktionen. Basierend auf Erfahrungen mit TiO2 werden die oben erwähnten Skalierungsbeziehungen für verschiedene photokatalytische Metalloxidoberflächen und unterschiedliche aktive Plätze berechnet. Schließlich werden neben den Absorptionsenergien zusätzliche Deskriptoren ausgewählt, welche auch die Stabilität und Synergieeffekte von positiven/negativen Ladungen an den Oberflächen erfassen, um genaue photokatalytische Aktivitäts-karten zu erzeugen, welche das Design neuer Photokatalysatoren erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Thomas Frauenheim, bis 9/2023