Referenčné výpočty vlastností, interakcií a reaktivity chemických systémov

Abstrakt: 

Počítačové modely vlastností polymérnych reťazcov viazaných atómami kovov (prioritne mincových kovov). Cieľom bude získať informácie o vplyve kovov (prioritne Cu, Ag, Au) na sieťovania (cross-linking) polymérov na ich väzbové energie a štruktúru a na možnosti ich experimentálnej prípravy iónovými technológiami a/alebo s účasťou nano klastrov kovov. Sieťovaním C-Au-C väzbami môžu vznikať vysoko spinové stavy. Pokúsime sa predpovedať magnetické vlastnosti takýchto komplexov. Pre výpočty rozsiahlych komplexov využijeme DFT metódy. Pre jednoduchšie interakcie kov-ligand je dostatok benchmark výpočtov, ale pre dlhšie reťazce prepojené kovmi, kde sú dôležité kovalentné aj disperzné interakcie spoľahlivé referenčné dáta chýbajú. Predpokladáme využitie poruchových aj CC metód najmä na báze lokalizovaných orbitalov, kde môže byť problémom voľba domén pre disperzné interakcie medzi reťazcami. Využijeme aj naše OVOS (Optimized Virtual Orbitals Space) metódy.

Odbor: 
Chémia
Vedecká časť: 

Modely sieťovania polymérov kovmi sa budú ďalej rozvíjať v navrhnutom projekte. Podstatným prínosom by bol návrh experimentálneho postupu pre ich získanie. Novým aspektom je analýza možností získania kovmi prepojených polymérov, ktoré pri určitom usporiadaní C-Au-C (uhlíky patria dvom reťazcom polymérov) vedú k vysoko spinovým stavom takýchto komplexov . Výskum magnetických vlastností môže byť významným prínosom projektu. Využijeme možnosti programu VASP, k vývoju ktorého prispel člen tímu T. Bučko a skúsime rozšíriť „lineárne“modely sieťovaných polymérov na výskum dvoj a trojrozmerných modelov. Pre veľké klastre kov – polymérne reťazce bude potrebné využiť DFT metódy. Potrebné benchmark výsledky, špeciálne so zahrnutím disperzných interakcií sú k dispozícii len pre do istej miery analogické systémy vrátane príspevku s účasťou nášho pracoviska [Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. A Consistent and Accurate Ab Initio Parametrization of Density Functional Dispersion Correction (DFT-D) for the 94 Elements H-Pu. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154104; Wodrich, M. D.; Jana, D. F.; Schleyer, P. von R.; Corminboeuf, C. Empirical Corrections to Density Functional Theory Highlight the Importance of Nonbonded Intramolecular Interactions in Alkanes. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 11495–11500; Řezáč, J.; Hobza, P. Benchmark Calculations of Interaction Energies in Noncovalent Complexes and Their Applications. Chem. Rev. 2016, 116, 5038–5071; Sedlak, R.; Janowski, T.; Pitoňák, M.; Řezáč, J.; Pulay, P.; Hobza, P. Accuracy of Quantum Chemical Methods for Large Noncovalent Complexes. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 3364–3374]. Pre získanie cielených referenčných dát využijeme techniku lokalizovaných orbitalov, „divide and conquer“ metódy v rámci poruchových a podľa možnosti aj Coupled Cluster metód, sústredíme sa na voľbu domén pre disperzné interakcie medzi reťazcami, využijeme aj naše OVOS (Optimized Virtual Orbitals Space) a príbuzné metódy (PNO či ako), prípadne poruchovú metódu na úrovni MP2 a MP2.5.

Socioekonomický a technologický dopad: 

Modely sieťovania polymérov kovmi sa budú ďalej rozvíjať v navrhnutom projekte. Podstatným prínosom by bol návrh experimentálneho postupu pre ich získanie. Novým aspektom je analýza možností získania kovmi prepojených polymérov, ktoré pri určitom usporiadaní C-Au-C (uhlíky patria dvom reťazcom polymérov) vedú k vysoko spinovým stavom takýchto komplexov . Výskum magnetických vlastností môže byť významným prínosom projektu. Využijeme možnosti programu VASP, k vývoju ktorého prispel člen tímu T. Bučko a skúsime rozšíriť „lineárne“modely sieťovaných polymérov na výskum dvoj a trojrozmerných modelov. Pre veľké klastre kov – polymérne reťazce bude potrebné využiť DFT metódy. Potrebné benchmark výsledky, špeciálne so zahrnutím disperzných interakcií sú k dispozícii len pre do istej miery analogické systémy vrátane príspevku s účasťou nášho pracoviska [Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. A Consistent and Accurate Ab Initio Parametrization of Density Functional Dispersion Correction (DFT-D) for the 94 Elements H-Pu. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154104; Wodrich, M. D.; Jana, D. F.; Schleyer, P. von R.; Corminboeuf, C. Empirical Corrections to Density Functional Theory Highlight the Importance of Nonbonded Intramolecular Interactions in Alkanes. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 11495–11500; Řezáč, J.; Hobza, P. Benchmark Calculations of Interaction Energies in Noncovalent Complexes and Their Applications. Chem. Rev. 2016, 116, 5038–5071; Sedlak, R.; Janowski, T.; Pitoňák, M.; Řezáč, J.; Pulay, P.; Hobza, P. Accuracy of Quantum Chemical Methods for Large Noncovalent Complexes. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 3364–3374]. Pre získanie cielených referenčných dát využijeme techniku lokalizovaných orbitalov, „divide and conquer“ metódy v rámci poruchových a podľa možnosti aj Coupled Cluster metód, sústredíme sa na voľbu domén pre disperzné interakcie medzi reťazcami, využijeme aj naše OVOS (Optimized Virtual Orbitals Space) a príbuzné metódy (PNO či ako), prípadne poruchovú metódu na úrovni MP2 a MP2.5.

Technická časť: 

Kvantovo-chemický výpočtový program ORCA 4.0.1

https://orcaforum.cec.mpg.de/

Prepojenie s grantovými úlohami: 
APVV-15-0105, APVV-16-0600 VEGA-1/0279/16 CGreen-II 26240120025 University Scientific Park Campus MTF STU - CAMBO" ITMS: 26220220179
Spolufinancovanie: 
0.00
Výstupy: 
none