Reaktionsnetzwerke

Einer unserer Forschungsschwerpunkte ist die Entwicklung und Anwendung von Werkzeugen für die computergestützte Erforschung der chemischen Reaktivität. Dies ist wichtig für chemische Anwendungen, die nicht einer linearen Kaskade von Reaktionen folgen, sondern ein Reaktionsnetzwerk mit vielen chemischen Reaktionswegen bilden. Unsere Methoden sind nützlich für die Erforschung der potentiellen Energiefläche und ihrer möglichen Reaktionen ausgehend von bestimmten Molekülen. Um diese möglichen Pfade aufzuklären, verwenden und entwickeln wir eine Kombination aus beschleunigter ab initio Molekulardynamik und Metadynamik. Dazu werden verschiedene Arten der elektronischen Strukturberechnung (auch mit GPU-Beschleunigung) mit verschiedenen Methoden zur Reaktionsentdeckung kombiniert, um eine schnelle Entdeckung bei angemessener Rechenzeit zu erreichen. Die entdeckten Reaktionen werden einer weiteren Analyse auf einer höheren Theoriestufe unterzogen, um zusätzliche Informationen zu erhalten, wie z. B. die Geometrien, Aktivierungsbarrieren und Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten. All diese Daten werden verwendet, um ein chemisches Reaktionsnetzwerk zu konstruieren und z.B. das daraus resultierende gekoppelte gewöhnliche Differentialgleichungssystem zu lösen.  

Mögliche Anwendungsfälle sind z. B. die Oxidation kleiner flüchtiger organischer Verbindungen in der Atmosphäre, molekulare Systeme, die Radikale enthalten, oder andere unselektive Prozesse mit gekoppelten chemischen Reaktionen.