catalisi computazionale, un campo che simula e accelera la scoperta di catalizzatori per la produzione di sostanze chimiche, è stato in gran parte limitato alle simulazioni di strutture catalitiche idealizzate che non rappresentano necessariamente strutture in condizioni di reazione realistiche.

Nuova ricerca della Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh, in collaborazione con il Laboratorio di Catalisi e Processi Catalitici (Dipartimento di Energia) del Politecnico di Milano a Milano, Italia, fa avanzare il campo della catalisi computazionale aprendo la strada alla simulazione di catalizzatori realistici in condizioni di reazione. Il lavoro, pubblicato in Catalisi ACS , è stato scritto da Raffaele Cheula, dottorato di ricerca studente del gruppo Maestri; Matteo Maestri, professore ordinario di ingegneria chimica al Politecnico di Milano; e Giannis "Yanni" Mpourmpakis, Bicentennial Alumni Faculty Fellow e professore associato di ingegneria chimica a Pitt.

"Con il nostro lavoro, uno può vedere, Per esempio, come le nanoparticelle metalliche comunemente usate come catalizzatori possono cambiare la morfologia in un ambiente reattivo e influenzare il comportamento catalitico. Di conseguenza, ora possiamo simulare insiemi di nanoparticelle, che può far avanzare qualsiasi campo di applicazione delle nanoparticelle, come la nanomedicina, energia, l'ambiente e non solo, " dice Mpourmpakis. "Anche se la nostra applicazione è focalizzata sulla catalisi, ha il potenziale per far progredire le simulazioni su nanoscala nel suo insieme".

Per modellare la catalisi in condizioni di reazione, i ricercatori hanno dovuto spiegare il carattere dinamico del catalizzatore, che è probabile che cambi durante la reazione. Per realizzare questo, i ricercatori hanno simulato come i catalizzatori cambiano struttura, quanto è probabile questo cambiamento, e come tale probabilità influisca sulle reazioni che avvengono sulla superficie dei catalizzatori.

"La catalisi è alla base della maggior parte dei processi importanti della nostra vita quotidiana:dalla produzione di prodotti chimici e combustibili all'abbattimento degli inquinanti, " dice Maestri. "Il nostro lavoro apre la strada verso l'analisi fondamentale della relazione struttura-attività in catalisi. Questo è fondamentale in qualsiasi sforzo nella ricerca dell'ingegneria della trasformazione chimica a livello molecolare raggiungendo una comprensione meccanicistica dettagliata della funzionalità del catalizzatore. Grazie al soggiorno di Raffaele al Pitt, siamo stati in grado di combinare l'esperienza nella modellazione microcinetica e multiscala del mio gruppo con l'esperienza nelle simulazioni di nanomateriali e nella catalisi computazionale del gruppo di Yanni."

L'autore principale Raffaele Cheula, un dottorato di ricerca studente del Maestri Lab, ha lavorato per un anno al Mpourmpakis Lab di Pitt su questa ricerca.

"È stato molto bello essere coinvolti in questa collaborazione tra Yanni e Matteo", afferma Cheula. "La combinazione delle mie esperienze di ricerca al Pitt e al PoliMi è stata molto importante per la finalizzazione di questo lavoro. Era un argomento impegnativo e sono molto contento di questo risultato".