Katalysespelen een cruciale rol in het dagelijks leven en in industriële processen, en de computationele chemie biedt krachtige hulpmiddelen om de atomaire details van katalytische reacties bloot te leggen die met experimenten alleen niet volledig kunnen worden onthuld.
In dit proefschrift werden geavanceerde computationele methoden toegepast om belangrijke uitdagingen op het gebied van katalyse aan te pakken. In het eerste deel hebben we reacties van alcoholen en alkenen in H-ZSM-5-zeolieten onderzocht met behulp van een hybride QM:QM-benadering. We hebben aangetoond dat methoden die verder gaan dan GGA-functionalen – met name B3LYP+D2 – infraroodspectra nauwkeurig voorspellen en het potentiaalenergieoppervlak correct beschrijven, terwijl de veelgebruikte PBE+D2-functional onnauwkeurige resultaten oplevert. We hebben een QM:QM-DOS-P-benadering ontwikkeld waarin anharmonische effecten zijn geïntegreerd, om chemisch nauwkeurige voorspellingen van adsorptievrije energieën op het hybride DFT-niveau mogelijk te maken. Daarnaast hebben we een verbeterd bemonsteringsschema geïmplementeerd dat is gekoppeld aan de QM:QM-opstelling om reactiepaden te analyseren, waardoor we voor het eerst vrije energieën hebben verkregen die op het niveau van de hybride functionalen zijn gecorrigeerd voor de ethyloxonium- en tert-butylcarbeniumionen.
Tegelijkertijd hebben we de vorming van benzothiazool in bulkwater onderzocht met behulp van Path-metadynamica. We hebben aangetoond dat water reactiebarrières verlaagt via waterstofbruggennetwerken volgens een Grothuss-mechanisme, waardoor duurzame synthese onder milde, groene omstandigheden mogelijk wordt.
Al met al onderstreept dit proefschrift het belang van methodologische ontwikkelingen die een evenwicht vinden tussen nauwkeurigheid en efficiëntie in computationele katalyse.
Dipanshu Kumar werd op 30 juni 1998 geboren in Begusarai, Bihar, India. Hij voltooide zijn middelbare schoolopleiding in 2015 en ging vervolgens naar het National Institute of Science Education and Research (NISER) in Bhubaneswar, India, om een vijfjarige geïntegreerde masteropleiding te volgen. Voor zijn masterscriptie liep Dipanshu een tweejarige onderzoeksstage onder begeleiding van dr. Upakarasamy Lourderaj aan het NISER in Bhubaneswar. Zijn onderzoek richtte zich op energieoverdracht bij botsingen tussen formaldehyde en grafeen. In 2021 behaalde Dipanshu zijn geïntegreerde masterdiploma met als hoofdvak scheikunde en als bijvak natuurkunde.
Sinds oktober 2021 is hij promovendus bij de afdeling Theoretische en Computationele Chemie van de Radboud Universiteit, onder begeleiding van prof. dr. Herma Cuppen en dr. Daria Galimberti. Zijn promotieonderzoek richt zich op het verder ontwikkelen van methoden voor computationele katalyse, met name voor reacties in zeolieten met behulp van hybride QM:QM-methoden en verbeterde bemonsteringstechnieken, en heeft geleid tot verschillende publicaties.