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Catálisis computacional para la energía y la sostenibilidad: del conocimiento molecular al desarrollo de herramientas de simulación avanzadas
| Acronym | TOOLS4CAT |
|---|---|
| Project title | Catálisis computacional para la energía y la sostenibilidad: del conocimiento molecular al desarrollo de herramientas de simulación avanzadas |
| External reference | PID2025-170238NA-I00 |
| Description/abstract | TOOLS4CAT es un proyecto de química computacional que aborda dos desafíos actuales, tanto sociales como metodológicos. En primer lugar, tiene como objetivo proporcionar un entendimiento fundamental de cómo los catalizadores basados en polioxometalatos (POMs) promueven reacciones estratégicas en los campos de la energía y la sostenibilidad, en particular en la foto- y electrocatálisis orientada a la reducción de CO2 y en la evolución de H2. Este conocimiento permitirá el desarrollo de reglas de diseño racional y de sistemas catalíticos de nueva generación con mayor eficiencia y selectividad deseada. En segundo lugar, el proyecto introduce SURFXsim, una nueva herramienta de simulación para modelar procesos prohibidos por espín, pasos clave en muchas de las reacciones mencionadas, capaz de manejar sistemas de tamaño práctico y relevancia catalítica. El Objetivo 1 se centra en clarificar cómo funcionan los POM como catalizadores o co-catalizadores en estas reacciones. Para la reducción fotocatalítica de CO2, el proyecto se basará, en primera instancia, en la extensión de un trabajo previo relativo a POMs que contienen níquel para determinar los mecanismos de formación de CO y de la evolución competitiva de H2, al mismo tiempo que se examina cómo la solvatación y la formación de pares iónicos influyen en el rendimiento, considerando los resultados experimentales. También se investigará por qué los POM aumentan la actividad de catalizadores moleculares y de materiales basados en MOF, explorando sus efectos sobre la separación de carga, la transferencia electrónica y la actividad catalítica general. Esta investigación se lleva a cabo en estrecha colaboración con el grupo experimental de A. Dolbecq y P. Mialane en el Institut Lavoisier de Versailles (Francia), con quienes el IP mantiene una colaboración de larga trayectoria. El Objetivo 2 examina la evolución electrocatalítica de H2 en MoS2 y WS2 funcionalizados con POM, en colaboración con los grupos de J. Soriano- López y A. Forment-Aliaga en ICMol (Valencia). Los experimentos muestran que la inmovilización de POM sobre estos materiales 2D mejora significativamente su actividad. En este caso, se utilizarán cálculos DFT para revelar el origen de esta mejora y establecer principios de estructura- actividad a través de la modelización de diferentes combinaciones POM/materiales 2D. El núcleo metodológico de TOOLS4CAT es SURFXsim, una herramienta computacional diseñada para permitir el estudio de eventos en los que varía el espín durante simulaciones de dinámica molecular (MD). Mientras que la implementación actual opera con potenciales de machine-learning, en el contexto del Objetivo 3 se adaptará el código para trabajar con potenciales basados en DFT, garantizar su compatibilidad con los principales códigos de química cuántica y validar su precisión mediante datos de referencia obtenidos con métodos multirreferenciales de alto nivel. SURFXsim se aplicará posteriormente a sistemas representativos en los que pasos prohibidos por espín determinan la reactividad, incluyendo la activación de CO2 por complejos metálicos y pasos clave de ruptura homolítica de enlaces en catálisis de oxidación con H2O2 promovida por sistemas basados en Zr y Ti. En conjunto, TOOLS4CAT busca proporcionar un entendimiento mecanístico, reglas de diseño predictivas para catalizadores de nueva generación y una herramienta computacional robusta, SURFXsim, que amplía las capacidades de las simulaciones DFT-MD para p |
| Financing entity | MINISTERIO DE CIENCIA, INNOVACION Y UNIVERSIDADES |
| Call | Ayudas a «Proyectos de Generación de Conocimiento» y a actuaciones para la formación de personal investigador predoctoral asociadas a dichos proyectos, en el marco del Plan Estatal de Investigación Científica, Técnica y de Innovación 2024-2027. Any 2025 |
| Start date | 01-09-2026 |
| End date | 31-08-2029 |
| Department/PI | Química Física i Inorgànica/SOLÉ DAURA, ALBERT |
| Field | Nacional |
| Status | In progress |
