Entdeckung von Reaktionsmechanismen in porösen Materialien mittels periodischer Nanoreaktor‐Molekulardynamik

Zusammenfassung Katalytische Prozesse zu verstehen ist unverzichtbar, um energieeffiziente molekulare Umwandlungen voranzubringen. Der heterogenen Katalyse kommt porösen Matrialien wie Zeolithen aufgrund ihrer strukturellen Komplexität und großen Oberfläche eine zentrale Rolle zu. Wir stellen in diesem Artikel einen periodischen ab initio ‐Nanoreaktor‐Molekulardynamikansatz (NMD) vor, um das Reaktionsnetzwerk der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von NO über kupferausgetauschten Chabasit zu untersuchen. Diese Methode ermöglicht die autonome Entdeckung sowohl bekannter als auch bisher nicht beschriebener Reaktionspfade, darunter ein wasserkatalysierter Tautomerisierungsmechanismus, der die Bildung von erleichtert, sowie einen neuen radikalischen Weg zu . Darüber hinaus erfassen die NMD‐Simulationen auch die Reaktivität der Brønsted‐Säurestellen des Zeolithgerüsts. Mithilfe automatisierter Reaktionserkennung haben wir ein umfassendes Reaktionsnetzwerk erstellt, das die Bildung sowohl gewünschter Produkte als auch unerwünschter Nebenprodukte aufklärt. Die Berechnung der Reaktionsbarrieren, einschließlich Freier‐Energie‐Korrekturen durch das Phononenspektrums, ermöglicht quantitative Aussagen über die entdeckten Reaktionen. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern Einblicke in die Nebenreaktionen der SCR und demonstrieren darüber hinaus die Vielseitigkeit von NMD für die agnostische Reaktionsentdeckung in komplexen Systemen wie der heterogenen Katalyse.