Japanse onderzoekers hebben de kinetische informatie over reacties berekend op basis van eerste-principeberekeningen op basis van kwantummechanica, en ontwikkelde methoden en programma's om kinetische simulaties uit te voeren zonder gebruik te maken van experimentele kinetische resultaten. Deze methode zal naar verwachting het zoeken naar verschillende materialen versnellen om een ​​koolstofvrije samenleving te bereiken.

Japanse onderzoekers hebben een simulatiemethode ontwikkeld om de prestaties van heterogene katalysatoren theoretisch te schatten door eerste-principes berekening en kinetische berekeningstechnieken te combineren. Tot nu toe, simulatiestudies waren voornamelijk gericht op een enkel of beperkt aantal reactiepaden, en het was moeilijk om de efficiëntie van een katalytische reactie te schatten zonder experimentele informatie.

Atsushi Ishikawa, senior onderzoeker, Centrum voor groen onderzoek naar energie en milieumaterialen, Nationaal Instituut voor Materiaalkunde (NIMS), uitgevoerde berekening van reactiekinetische informatie uit eerste-principeberekeningen op basis van kwantummechanica, en ontwikkelde methoden en programma's om kinetische simulaties uit te voeren zonder experimentele kinetische resultaten te gebruiken. Daarna paste hij de bevindingen toe op de oxidatieve koppeling van methaan (OCM) reactie, wat een belangrijk proces is bij het gebruik van aardgas. Hij kon met succes de opbrengst van de producten voorspellen, zoals ethaan, zonder experimentele informatie over de reactiekinetiek. Hij voorspelde ook veranderingen in opbrengst afhankelijk van de temperatuur en partiële druk, en de resultaten reproduceerden getrouw de bestaande experimentele resultaten.

Dit onderzoek toont aan dat de computersimulatie het voorspellen van de omzetting van reactant en de selectiviteit van producten mogelijk maakt, zelfs als experimentele gegevens niet beschikbaar zijn. De zoektocht naar katalytische materialen, geleid door theorie en berekening, zal naar verwachting versnellen. Verder, deze methode is zeer veelzijdig en kan niet alleen worden toegepast op methaanomzettingskatalysatoren, maar ook op andere katalysatorsystemen zoals voor de zuivering van uitlaatgassen van auto's, vermindering van kooldioxide en waterstofproductie, en zal naar verwachting bijdragen aan het realiseren van een koolstofvrije samenleving.