Computergestützte Modellierung katalytischer Prozesse und Screening-Verfahren von MOST-Verbindungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Doreen Mollenhauer
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496207555

Bei der Entwicklung von Speichertechnologien auf der Grundlage von MOST ist es von entscheidender Bedeutung, die zugrunde liegenden MOST-Paare im Detail zu verstehen, um die Speicherenergie zu optimieren, die Energiebarrieren zu kontrollieren und die katalytische Energiefreisetzung zu verbessern. Dieses Projekt wird sich auf das grundlegende Verständnis der Grundzustandsprozesse konzentrieren, die bei MOST-Systemen auftreten. Wir werden daher Screening-Studien für MOST-Systeme entwickeln und durchführen sowie oberflächengetriebene katalytische Prozesse und den Einfluss von intra- und intermolekularen nicht-kovalenten Wechselwirkungen auf die MOST-Eigenschaften untersuchen. Dafür werden wir die einzelnen Moleküle, wechselwirkende Moleküle, Oberflächen und Festkörperstrukturen mit Hilfe der Methoden der theoretischen Chemie, der Materialmodellierung und des Maschinellen Lernens beschreiben, um strukturelle, energetische und eigenschaftsbezogene Einblicke in MOST-Systeme zu gewinnen. Zu diesem Zweck werden wir Screening-Studien zur Optimierung des Moleküldesigns und zur Ableitung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen durchführen (Arbeitspaket 1). Außerdem werden wir die Reaktionsmechanismen der heterogen katalysierten Energiefreisetzung in MOST-Paaren untersuchen, um ein grundlegendes Verständnis der Adsorptionsstrukturen auf verschiedenen Oberflächen und der Reaktionsmechanismen zu erlangen (Arbeitspaket 2). Darüber hinaus werden wir den Einfluss der Wechselwirkungen zwischen den MOST-Molekülen und zwischen MOST-Molekülen und Schalenstrukturen von Nanopartikeln auf die MOST-Schlüsselparameter untersuchen (Arbeitspaket 3). Mit diesen Forschungsrichtungen zielt das Projekt auf drei Schlüsselfragen ab: (i) Können Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für spezifische MOST-Paare durch Screening-Untersuchungen mit quantenchemischen Methoden und maschinellen Lernwerkzeugen abgeleitet werden, um die Synthese und Optimierung mehrerer molekularer Parameter zu verbessern? (ii) Was sind die grundlegenden Reaktionswege, die an der Grenzfläche während der heterogen katalysierten Energiefreisetzung und der elektrochemisch ausgelösten Reaktionen ablaufen? (iii) Wie können Umgebungseinflüsse auf MOST-Paare verstanden und zur Optimierung der MOST-Eigenschaften genutzt werden? Unser Projekt wird eine wichtige Rolle bei FOR MOST spielen, indem Designstrategien für maßgeschneiderte MOST-Moleküle mit optimierten Eigenschaften erstellt werden, ein grundlegendes Verständnis der Reaktionsmechanismen von MOST-Systemen im Kontakt mit Katalysatoren und Oberflächen erarbeitet wird sowie grundlegende Konzepte zur Nutzung nicht-kovalenter Wechselwirkungen für die maßgeschneiderte Optimierung der Leistung von MOST-Systemen entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5499: Molekulares Management von Sonnenenergie - Chemie von MOST-Systemen