Selective ring opening of cyclic hydrocarbons during fuel upgrading: Mechanistic density functional studies of the metal catalyst

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Mit computerchemischen Untersuchungen wird das grundsätzliche Verständnis für Mechanismen der C-C- und C-H-Bindungsaktivierung während der katalytischen Reformierung von Kohlenwasserstoffen verbessert, insbesondere bei der selektiven Ringöffnung von Zyklopentanderivaten an bifunktionalen getragenen Metallkatalysatoren. Diese Reaktion gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von aromatischen Komponenten von Rohöl zu Kohlenwasserstoffen. Die geplanten theoretischen Untersuchungen konzentrieren sich auf die metallische Funktion des Katalysators sowie auf den Schritt der Ringöffnung, von dem angenommen wird, dass er auf der Metallkomponente ohne direkte Beteiligung des Trägers abläuft. Metalle unterschiedlicher katalytischer Aktivität (Ru, Pd, Cu) werden anhand energetisch bevorzugter berechneter Reaktionspfade für die C-C-Spaltung verglichen. Der Einfluss der elektronischen Struktur des Metalls auf Art und Stärke der Wechselwirkung mit Zwischenstufen der transformierten Kohlenwasserstoffe wird ermittelt. Das Verständnis für Änderungen derartiger Eigenschaften wird die zukünftige Entwicklung effektiverer Katalysatoren unterstützen. Die Rechnungen werden mit zwei Dichtefunktionalverfahren durchgeführt: für Nanoclustermodelle mit dem parallelen Programms PARAGAUSS, das in der Arbeitsgruppe eines der Antragsteller entwickelt wurde, sowie für periodische Schichtmodelle mit dem Programm VASP. Durch Einsatz dieser beiden komplementären Modellierungsstrategien wird eine umfassende Analyse von Struktur- und Energieaspekten möglich.