Strukturalne, elektryczne i optyczne właściwości kompleksów i materiałów molekularnych Sprawozdanie za rok 2013

Transkrypt

1 Strukturalne, elektryczne i optyczne właściwości kompleksów i materiałów molekularnych Sprawozdanie za rok 2013 Justyna Kozłowska Zakład Chemii Teoretycznej, Instytut Chemii Fizycznej i Teoretycznej Politechnika Wrocławska Wrocław, 11 lutego 2014

2 ZChT Wykorzystanie zasobów Ograniczenie przestrzenne Publikacje Zakład Chemii Teoretycznej Studenci realizujący prace badawcze Prof. Wojciech BARTKOWIAK Dr hab. Krzysztof STRASBURGER Dr inż. Robert GÓRA Dr Paweł LIPKOWSKI Dr inż. Robert ZALEŚNY Dr inż. Agnieszka ROZTOCZYŃSKA Dr inż. Mikołaj MIKOŁAJCZYK Mgr inż. Małgorzata WIELGUS Mgr inż. Marta SOWULA Mgr inż. Paulina NACIĄŻEK Mgr inż. Justyna KOZŁOWSKA Joanna Bednarska Marta Chołuj Karolina Dzierzkowska Anna Grabarz Magdalena Kowalska Przemysław Kubik Paweł Łata Piotr Olszewski Kamila Radożycka Sebastian Sitkiewicz 2 / 17

3 Współpracujący użytkownicy Dr Angelika Baranowska-Łączkowska (Bydgoszcz) Dr Żaneta Czyżnikowska (Wrocław) Dr Petro Lutsyk (Ukraina) Dr inż. Tomasz Misiaszek (Wrocław) Dr Daniel Luiz da Silva (Brazylia) Mgr inż. Bartosz Błasiak (Korea) Mgr inż. Ireneusz Bulik (USA) Mgr inż. Piotr Kasprzycki (Warszawa) Mgr inż. Michał Maj (Korea) Mgr inż. Rafał Szabla (Czechy) Mgr Kristinn Torfason (Islandia) 3 / 17

4 Tematyka prowadzonych badań Molekularna optyka nieliniowa Modelowanie zjawiska bezpromienistego przeniesienia energii excited state 1 2=2 1 h h 2h SHG ground state TPA Elektronika molekularna a F Teoria oddziaływań w układach z wiązaniem wodorowym g c g c g c r 4 / 17

5 Realizowane granty 1 Grant badawczy NCN (dr inż. Agnieszka Roztoczyńska): Wiązania wodorowe w ograniczonych przestrzeniach ( ) 2 Grant badawczy NCN (dr inż. Robert W. Góra): Teoretyczne badania procesów rezonansowego przenoszenia energii w modelowych układach oraz w spiralnych agregatach barwników cyjaninowych w matrycach ( ). 3 Grant badawczy NCN (dr inż. Robert Zaleśny): Oscylacje molekuł a ich nieliniowe właściwości optyczne ( ) 4 Grant badawczy NCN (mgr inż. Justyna Kozłowska): Rezonansowe i nierezonansowe nieliniowe właściwości optyczne molekuł w ograniczonych przestrzeniach. Studium teoretyczne. ( ) 5 Grant badawczy NCN (mgr inż. Małgorzata Wielgus): Nowe oblicza solwatochromizmu: Absorpcja dwukwantowa układów molekularnych i nanostruktur w fazie skondensowanej. ( ) 6 Grant badawczy MNiSW (dr inż. Robert Zaleśny): Nieliniowe właściwości optyczne fotoaktywnych układów molekularnych ( ) 7 Program KOLUMB, stypendium FNP (dr inż. Robert Zaleśny): Theory and computations of two-photon absorption spectra including vibronic coupling and environmental effects ( ) 5 / 17

6 godzin obliczeniowych pakiety obliczeniowe 14 opublikowano 23 prace A generous computer time from the W roclaw Supercomputer and Networking Center is acknowledged Impact F actor Liczba publikacji = 2.83 Gaussian GAMESS US Dalton Molpro Molcas AMBER COLUMBUS 6 / 17

7 Molekuły i kompleksy molekularne w warunkach ograniczenia przestrzennego - właściwości strukturalne, energetyczne i elektryczne Justyna Kozłowska Zakład Chemii Teoretycznej, Instytut Chemii Fizycznej i Teoretycznej Politechnika Wrocșawska Wrocław, 11 lutego 2014

8 Fizykochemia ograniczonych przestrzeni kompleksy endohedralne molekuły w nanokanałach zeolitów związki inkluzyjne molekuły w inertnych matrycach (He) materia pod wysokim ciśnieniem 8 / 17

9 Właściwości elektryczne cząsteczek w ograniczonej przestrzeni µ i = µ 0 i +α ijf j β ijkf j F k γ ijklf j F k F l +... molekuła faza gazowa molekuła nanonaczynie kompleks endohedralny deformacja Pauliego pole elektryczne odpowiedź optyczna układu Rachunek zaburzeń : E = E elst + E ind + E disp + E exch 9 / 17

10 Modele teoretyczne Opis układów ograniczonych przestrzennie Modelowe potencjały ograniczające Metoda supermolekularna [Ĥ0 + V ogr (r)] Ψ n = E n Ψ n ĤΨ n = E n Ψ n 10 / 17

11 Molekuły dwuatomowe (µ 0) w ograniczeniu przestrzennym J. Kozłowska, R. Zaleśny, W. Bartkowiak On the nonlinear electrical properties of molecules in confined spaces from cylindrical harmonic potential to carbon nanotube cages Chem. Phys. 428:19 28 (2014) [ N H 0 + i =1 V conf (r i )] Ψ el=e el Ψ el { V conf (r i)= 1 2 ω2 r i 2 µ, α, β 11 / 17

12 Molekuły dwuatomowe (µ 0) w ograniczeniu przestrzennym LiF różne modele ograniczenia przestrzennego β zzz [au] a) β zzz [au] b) β zzz [au] c) ω [au] (5,5) (4,4) (n,n)hent (3,3) (5,5) (4,4) (n,n)cnt (3,3) LiF aspekt metodologiczny β zzz,norm a) b) MP2 HF UCHF confinement strength β zzz [au] ω [au] /(HOMO-LUMO) 2 [1/au 2 ] 12 / 17

13 Kompleksy połączone wiązaniem wodorowym w ograniczeniu przestrzennym P. Lipkowski, J. Kozłowska, A. Roztoczyńska, W. Bartkowiak Hydrogen bonded complexes upon spatial confinement : Structural and energetic aspects Phys. Chem. Chem. Phys. 16: (2014) 13 / 17

14 ZChT Wykorzystanie zasobów Ograniczenie przestrzenne Publikacje Kompleksy połączone wiązaniem wodorowym w ograniczeniu przestrzennym Znaczący wzrost BSSE Dekompozycja energii oddziaływania model `u` 6.0 Interactions energy [kcal/mol] D E [kcal/mol] AccD AccD-CP AccQ AccQ-CP Acc6 Acc6-CP pomarańcz - Absse - wireframe zieleń + A - transparent solid G(2df,2pd) G(2df,2pd)-CP 4.0 (10) (10) ε el 2.0 ε ex HF (20) ε disp E Edel + F + W w [au] ω=0.0 aug-cc-pvdz aug-cc-pv6z ω= model `r` ω= Interactions energy [kcal/mol] HCN(DCBS) - HCN(MCBS) 0.4 ω [au] HCN(DCBS)/HCN(MCBS) ω= / ω [au] 0.5

15 Widma absorpcyjne UV-Vis ekspryment vs TD DFT J. Kozłowska, M. Wielgus, W. Bartkowiak T D DF T study on the charge transfer excitations of anions possessing double or triple bonds Comput. Theor. Chem. 1014:49-55 (2013) 1a 1b red-shift λ max Dane eksperymentalne: Kirketerp et al., ChemPhysChem 11: (2010) 15 / 17

16 Widma absorpcyjne UV-Vis ekspryment vs TD DFT 16 / 17

17 Podziękowania dla Wrocławskiego Centrum Sieciowo Superkomputerowego Infrastruktury PL Grid Koleżanek i Kolegów z Zakładu Chemii Teoretycznej PWr 17 / 17