Catálisis computacional, un campo que simula y acelera el descubrimiento de catalizadores para la producción de químicos, se ha limitado en gran medida a simulaciones de estructuras catalizadoras idealizadas que no necesariamente representan estructuras en condiciones de reacción realistas.

Nueva investigación de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, en colaboración con el Laboratorio de Catálisis y Procesos Catalíticos (Departamento de Energía) del Politecnico di Milano en Milán, Italia, avanza en el campo de la catálisis computacional al allanar el camino para la simulación de catalizadores realistas en condiciones de reacción. La obra, publicado en Catálisis ACS , fue escrito por Raffaele Cheula, Doctor. estudiante del grupo Maestri; Matteo Maestri, profesor titular de ingeniería química en Politecnico di Milano; y Giannis "Yanni" Mpourmpakis, Becario de la Facultad de Antiguos Alumnos del Bicentenario y profesor asociado de ingeniería química en Pitt.

"Con nuestro trabajo, uno puede ver, por ejemplo, cómo las nanopartículas metálicas que se utilizan comúnmente como catalizadores pueden cambiar la morfología en un entorno reactivo y afectar el comportamiento catalítico. Como resultado, ahora podemos simular conjuntos de nanopartículas, que puede avanzar en cualquier campo de aplicación de nanopartículas, como la nanomedicina, energía, el medio ambiente y más, "dice Mpourmpakis." Aunque nuestra aplicación se centra en la catálisis, tiene el potencial de hacer avanzar las simulaciones a nanoescala en su conjunto ".

Para modelar la catálisis en condiciones de reacción, los investigadores tuvieron que tener en cuenta el carácter dinámico del catalizador, que es probable que cambie a lo largo de la reacción. Para lograr esto, los investigadores simularon cómo los catalizadores cambian de estructura, qué tan probable es este cambio, y cómo esa probabilidad afecta las reacciones que tienen lugar en la superficie de los catalizadores.

"La catálisis está detrás de la mayoría de los procesos importantes de nuestra vida diaria:desde la producción de productos químicos y combustibles hasta la eliminación de contaminantes, "dice Maestri." Nuestro trabajo allana el camino hacia el análisis fundamental de la relación estructura-actividad en la catálisis. Esto es primordial en cualquier esfuerzo en la búsqueda de la transformación química de ingeniería a nivel molecular al lograr una comprensión mecanicista detallada de la funcionalidad del catalizador. Gracias a la estancia de Raffaele en Pitt, pudimos combinar la experiencia en modelado microcinético y multiescala de mi grupo con la experiencia en simulaciones de nanomateriales y catálisis computacional del grupo de Yanni ".

Autor principal Raffaele Cheula, un doctorado estudiante en el Laboratorio Maestri, Trabajó durante un año en el Laboratorio de Mpourmpakis en Pitt en esta investigación.

"Ha sido muy agradable estar involucrado en esta colaboración entre Yanni y Matteo", dice Cheula. "La combinación de mis experiencias de investigación en Pitt y en PoliMi ha sido muy importante para la finalización de este trabajo. Fue un tema desafiante y estoy muy contento con este resultado".