Ab initio-Berechnung Freier Energien mit chemischer Genauigkeit für Molekül-Oberflächen-Wechselwirkungen

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Sauer
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279371351

Heterogene Katalyse oder die Speicherung und Trennung energierelevanter Gase in nanoporösen Materialien können auf atomarer Ebene nur verstanden werden, wenn die quantenmechanische ab inito-Berechnung Freier Energien mit chemischer Genauigkeit (4 kJ/mol) gelingt. Dies ist möglich, wenn 1. zur Energieberechnung eine Hybridmethode verwendet wird, die Rechnungen mit genauen Wellenfunktionsmethoden für das Reaktionszentrum mit weniger genauen, aber rechentechnisch effizienteren Dichtefunktional-Rechnungen für das gesamte (pseudo-)periodische System verknüpft, und 2. durch effiziente Berechnung von anharmonischen Schwingungsenergien genauere Zustandssummen erhalten werden. Es wird vorgeschlagen: (1) eine robuste, breit anwendbare und allgemein verfügbare Methode zu entwickeln, wobei das Risiko darin besteht, dass die Näherungen zur Berechnung der Anharmonizitäten nicht für alle Arten von Bindungen an Oberflächen gültig sind und die Darstellung der Normalmoden in curvilinearen Koordinaten nicht hinreichend automatisiert werden kann; (2) eine Datensammlung von Molekül-Oberflächen-Wechselwirkungen aufzubauen, für die Übereinstimmung zwischen ab initio-Ergebnissen und experimentellen Daten erzielt wurde und die deshalb als Referenz für Näherungsmethoden dienen kann; und (3) mit dieser Methode kinetische und thermodynamische Parameter für ausgewählte Prozesse (Zeolithkatalyse, Adsorption in metall-organischen Gerüstverbindungen) zu berechnen.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte