Computational Chemistry Approaches to Capturing Polluted Air and Converting It into Environment-Friendly Gases

Luftverschmutzung stellt eine dringende globale Herausforderung dar, die Klima, Gesundheit und Ökosysteme beeinträchtigt. Jüngste Fortschritte in der computergestützten Chemie bieten leistungsstarke Werkzeuge zur Gestaltung und Optimierung von Materialien und Mechanismen zur Luftreinigung und Umwandlung von Schadstoffen. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick darüber, wie computergestützte Methoden – insbesondere Dichtefunktionaltheorie (DFT), Molekulardynamik (MD) und Quantenmechanik/Molekulmechanik (QM/MM)-Simulationen – eingesetzt werden, um die Erfassung von Luftschadstoffen (z. B. CO₂, NOx, SO₂, VOCs) und deren Umwandlung in umweltfreundliche Gase zu untersuchen. Besonderer Schwerpunkt liegt auf der Katalysatorentwicklung, der Aufklärung von Reaktionsmechanismen und der Entwicklung neuartiger poröser Materialien wie Metall-organische Gerüste (MOFs) und kovalente organische Gerüste (COFs). Diese theoretischen Erkenntnisse sind entscheidend für die Weiterentwicklung realer Technologien zur Luftbehandlung.