Operando Modeling of Zeolites: Beyond the Chemical Intuition
Project goals
Understanding the mechanism of the catalyzed chemical reaction at the molecular level under operando conditions is the key for the design of the optimal process. Project focuses on the computational investigation of the zeolite catalysts under operando conditions – in the presence of water. The strategy proposed is to combine operando modeling with accurate reactive neural network potentials that provides sufficient computational speed up compared to reference level density functional theory calculations while keeping the accuracy. The core of this proposal is to train, test and use NNPs for zeolites together with operando modeling to go beyond the chemical intuition and gain improved understanding of zeolite catalysts under operando conditions. The importance of operando approach will be demonstrated for zeolite catalysts focusing on (i) structural details of zeolite catalysts, Al distribution in particular, (ii) catalyst characteristics, solid-state NMR in particular, and (iii) modeling of dimethyl ether formation from methanol catalyzed by Brønsted sites in zeolites.
Keywords
Operandomodelingreactive neural network potentialszeolitesaluminum distributionNMRcatalysis
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202300001
Main participants
Univerzita Karlova / Přírodovědecká fakulta
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
23-07616S
Alternative language
Project name in Czech
Operando modelování zeolitů: za hranice chemické intuice
Annotation in Czech
Porozumění mechanismu katalyzované chemické reakce probíhající v operando podmínkách na molekulární úrovni je klíčové pro navržení optimálního procesu. V rámci projektu je navržena výpočetní studie zeolitů jako katalyzátorů za operando podmínek – v přítomnosti vody. Navrhovaná strategie kombinuje operando modelování s přesnými reaktivními potenciály („neural network potential“ = NNP) na bázi neuronových sítí, které jsou dostatečně výpočetně efektivní a zároveň si zachovávají přesnost referenční metody (density functional theory). Jádrem projektu je trénink, testování a využití reaktivních NNP pro zeolity společně s operando modelováním umožňujícím studium systému „za hranicí chemické intuice“ a získání lepšího porozumění katalytického procesu. Důležitost operando modelování bude demonstrována pro vlastnosti zeolitu jako katalyzátoru několika způsoby: (i) struktura zeolitu, zejména distribuce hliníku, (ii) charakteristiky katalyzátoru, zejména NMR a (iii) modelování konverze metanolu na DME katalyzované Brønstedovskými vodíky v zeolitech.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10403 - Physical chemistry
OECD FORD - secondary branch
21001 - Nano-materials (production and properties)
OECD FORD - another secondary branch
10301 - Atomic, molecular and chemical physics (physics of atoms and molecules including collision, interaction with radiation, magnetic resonances, Mössbauer effect)
BE - Theoretical physics
CF - Physical chemistry and theoretical chemistry
JJ - Other materials
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2025
Project status
K - Ending multi-year project
Latest support payment
Mar 28, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
6,957 thou. CZK
Public financial support
6,957 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
6 957 CZK thou.
Public support
6 957 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Physical chemistry
Solution period
01. 01. 2023 - 31. 12. 2025