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Toward Computing Accurate Free Energies in Heterogeneous Catalysis: a Case Study for Adsorbed Isobutene in H-ZSM-5

De Wispelaere, Kristof; Plessow, Philipp N. ORCID iD icon 1; Studt, Felix 1,2
1 Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Herein, we propose a novel computational protocol that enables calculating free energies with improved accuracy by combining the best available techniques for enthalpy and entropy calculation. While the entropy is described by enhanced sampling molecular dynamics techniques, the energy is calculated using ab initio methods. We apply the method to assess the stability of isobutene adsorption intermediates in the zeolite H-SSZ-13, a prototypical problem that is computationally extremely challenging in terms of calculating enthalpy and entropy. We find that at typical operating conditions for zeolite catalysis (400 °C), the physisorbed π-complex, and not the tertiary carbenium ion as often reported, is the most stable intermediate. This method paves the way for sampling-based techniques to calculate the accurate free energies in a broad range of chemistry-related disciplines, thus presenting a big step forward toward predictive modeling.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000150315
Veröffentlicht am 08.11.2022
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1021/acsphyschemau.2c00020
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Zitationen: 13
Dimensions
Zitationen: 17
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Katalyseforschung und -technologie (IKFT)
Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2022
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2694-2445
KITopen-ID: 1000150315
HGF-Programm 38.03.02 (POF IV, LK 01) Power-based Fuels and Chemicals
Erschienen in ACS Physical Chemistry Au
Verlag American Chemical Society (ACS)
Band 2
Heft 5
Seiten 399-406
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 15.08.2022
Schlagwörter molecular dynamics; electronic structure; zeolites; free energies; heterogeneous catalysis; H-ZSM-5
Nachgewiesen in Dimensions
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