Catálise computacional, um campo que simula e acelera a descoberta de catalisadores para a produção de produtos químicos, foi amplamente limitado a simulações de estruturas de catalisador idealizadas que não representam necessariamente estruturas em condições de reação realistas.

Nova pesquisa da Swanson School of Engineering da University of Pittsburgh, em colaboração com o Laboratório de Catálise e Processos Catalíticos (Departamento de Energia) do Politecnico di Milano em Milão, Itália, avança o campo da catálise computacional, abrindo o caminho para a simulação de catalisadores realistas sob condições de reação. O trabalho, publicado em Catálise ACS , foi de autoria de Raffaele Cheula, Ph.D. aluno do grupo Maestri; Matteo Maestri, professor titular de engenharia química no Politecnico di Milano; e Giannis "Yanni" Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow e professor associado de engenharia química na Pitt.

“Com o nosso trabalho, alguem pode ver, por exemplo, como as nanopartículas de metal comumente usadas como catalisadores podem alterar a morfologia em um ambiente reativo e afetar o comportamento catalítico. Como resultado, agora podemos simular conjuntos de nanopartículas, que pode avançar em qualquer campo de aplicação de nanopartículas, como nanomedicina, energia, o meio ambiente e muito mais, "diz Mpourmpakis." Embora nossa aplicação seja focada na catálise, tem o potencial de avançar as simulações em nanoescala como um todo. "

A fim de modelar a catálise em condições de reação, os pesquisadores tiveram que levar em consideração o caráter dinâmico do catalisador, que pode mudar ao longo da reação. Para conseguir isso, os pesquisadores simularam como os catalisadores mudam a estrutura, quão provável é essa mudança, e como essa probabilidade afeta as reações que ocorrem na superfície dos catalisadores.

"A catálise está por trás da maioria dos processos importantes em nossas vidas diárias:da produção de produtos químicos e combustíveis à redução de poluentes, "diz Maestri." Nosso trabalho abre caminho para a análise fundamental da relação estrutura-atividade na catálise. Isso é fundamental em qualquer esforço na busca da transformação química de engenharia no nível molecular, alcançando uma compreensão mecanicista detalhada da funcionalidade do catalisador. Graças à estadia de Raffaele em Pitt, fomos capazes de combinar a experiência em modelagem microcinética e multiescala do meu grupo com a experiência em simulações de nanomateriais e catálise computacional do grupo de Yanni. "

Raffaele Cheula, autor principal, um Ph.D. aluno do Maestri Lab, trabalhou por um ano no Laboratório Mpourmpakis em Pitt nesta pesquisa.

"Foi muito bom estar envolvido nesta colaboração entre Yanni e Matteo", disse Cheula. “A combinação das minhas experiências de pesquisa na Pitt e na PoliMi foi muito importante para a finalização deste trabalho. Foi um tema desafiador e estou muito feliz com este resultado”.