Международная лаборатория многомасштабного моделирования полифункциональных соединений

Руководители

	Международный руководитель лаборатории Владимир Григорьевич Цирельсон   Доктор физико-математических наук, профессор Заведующий кафедрой квантовой химии Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева
	Руководитель лаборатории со стороны ЮУрГУ Екатерина Владимировна Барташевич Доктор химических наук, доцент E-mail: bartashevichev[at]susu[dot]ru

Цель

Лаборатория функционирует с 2016 г. и решает фундаментальные научные задачи, направленные на дизайн новых кристаллических структур. Целью является организация междисциплинарного уровня исследований в рамках международного сотрудничества ученых, работающих на стыке химии, кристаллографии и цифровых технологий.

Описание

В лаборатории выполняются прогнозы физико-химических свойств перспективных материалов: нелинейно-оптические, хрупкость или пластичность, гиперполяризуемость. Разрабатываются новые принципы систематизации нековалентных взаимодействий, количественные дескрипторы электрофильных сайтов, лежащих в основе дизайна новых структур атомно-молекулярных систем.

Инфраструктура лаборатории включает аккаунты на суперкомпьютере «Торнадо» ЮУрГУ с приобретенным и свободно распространяемым лицензионным ПО для моделирования физико-химических свойств атомно-молекулярных систем (VASP, USPEX, FHI, CRYSTAL, FIERFLY, QCHEM и др.)

Область научных исследований лаборатории связана с разработкой и повышением эффективности оптически активных материалов на основе многомасштабного моделирования свойств, направленного дизайна и модификации молекулярных и кристаллических структур с использованием стратегии «Расширенная структурная модель – вещество – улучшенные свойства материала».

Оборудование

Для проведения своих исследований ученые лаборатории используют Торнадо ЮУрГУ, мощнейший суперкомпьютер университета.

Результаты деятельности

В лаборатории была разработана и апробирована стратегия предсказания структуры и свойств молекулярных органических материалов. Эта стратегия основана на выборе перспективной молекулы кандидата и поиске наиболее вероятной упаковки таких молекул в кристалле среди сотен тысяч возможных. Технология начинается с поиска автоматической генерации параметров силового поля и применения метода молекулярной механики с данным силовым полем для минимизации энергии кристаллической упаковки. Также в стратегии используются высокоточные квантово-химические расчёты энергии кристаллической решётки из первых принципов, для того чтобы выявить наиболее вероятную кристаллическую структуру среди потенциальных полиморфных модификаций, уточнить её и предсказать спектральные и оптические свойства.

Разрабатывается и применяется методология, направленная на адаптацию эволюционных алгоритмов к задачам инженерии органических кристаллов с полезными свойствами. Установлена взаимосвязь между свойствами галогенных связей йода и проявляемыми эффектами гиперполяризуемости в 3-гидрокси-2-иодопиридине. По данной теме ведутся исследования научным сотрудником, к.х.н. Юшиной И. Д. Проект поддержан грантом Правительства РФ. Также, проект, направленный на предсказание новых йодсодержащих кристаллических структур, над которым работает студент вуза Дьяков Александр, был поддержан грантом «Вперед к открытиям» Правительства РФ. Достигнутые результаты работы лаборатории внесли значительные улучшения в методологию прогноза нелинейно-оптических свойств молекулярных кристаллов.

Планируется дальнейшая работа по улучшению методологии предсказания кристаллической структуры, особенно в части потенциалов силовых полей для более точного описания структур с одновременным присутствием галогенной и водородной связей и других нековалентных взаимодействий, формирующихся на основе принципа электрофильного сайта. В части изучения наличия и проявления интенсивности сигнала генерации второй гармоники в кристаллах планируется установить взаимосвязь с различными экспериментальными данными.

Партнеры

Контакты

454080, г.Челябинск,

пр. Ленина, 76, ауд. 207 (1а)

Телефон: +7 (351) 267-95-64

masunova[at]susu[dot]ru

bartashevichev[at]susu[dot]ru

СМИ о нас, видео

Международная лаборатория ЮУрГУ: «Наши проекты позволят создавать материалы будущего»

Публикации

1. Esipova, T.V.; Rivera-Jacquez, H.J.; Weber, B.; Masunov, A.E.; Vinogradov, S.A. Two-Photon Absorbing Phosphorescent Metalloporphyrins: Effects of π-Extension and Peripheral Substitution; J. Am. Chem. Soc. 2016,  DOI: 10.1021/jacs.6b09157
2. Shaydyuk, Ye.O.; Levchenko, S.M.; Kurhuzenkau, S.A.; Anderson, D.; Masunov, A.E.; Kachkovsky, O.D.; Slominsky, Yu.L.; Bricks, J.L.; Belfield, K.D.; Bondar, M.V. Linear photophysics, two-photon absorption and femtosecond transient absorption spectroscopy of styryl dye bases; J. Lumine-scence 2016, DOI: 10.1016/j.jlumin.2016.11.073
3. Masunov, A.E.; Atlanov, A.A. Vasu S. S. Carbon Dioxide and Water Force Field Parameters Refitting and Critical Isotherms of Binary Mixtures; Energy&Fuels 2016, DOI: 10.1021/acs.energyfuels.6b01927
4. Yushina, I.D.; Batalov, V.I.; Bartashevich, E.V.; Davydov, A.O.; Zelenovskiy, P.S.; Masunov A.E. Raman spectroscopy and theoretic study of hyperpolarisability effect in diiodobutenyl-bis-thioquinolinium triiodide at low temperature; J. Raman Spectrosc. 2017, DOI: 10.1002/jrs.5159
5. Masunov, A.E.; Tannu, A.; Dyakov, A.A.; Matveeva, A.; Freidzon, A.; Odinokov, A.V.; Bagaturyants, A.A. First Principles Crystal Engineering of Nonlinear Optical Materials. Part 1: Prototypical Case of Urea; J. Chem. Phys. 2017, DOI: 10.1063/1.4986793
6. Masunov, A.E.; Wait, E.; Atlanov, A.A.; Vasu, S.S. Quantum Chemical Study of Supercritical Carbon Dioxide Effects on Combustion Kinetics; J. Phys. Chem. A 2017, DOI: 10.1021/acs.jpca.7b04897
7. Chisca, D., Croitor, L., Petuhov, O., Kulikova, O.V., Volodina, G.F., Coropceanu, E.B., Masunov, A.E., Fonari, M.S. Tuning structures and emissive properties in a series of Zn(II) and Cd(II) coordination polymers containing dicarboxylic acids and nicotinamide pillars; CrystEngComm 2018, DOI: 10.1039/c7ce01988b
8. Panteleev, S.V., Masunov, A.E., Vasu, S.S. Molecular Dynamics Study of Combustion Reactions in a Supercritical Environment. Part 2: Boxed MD Study of CO + OH → CO2+ H Reaction Kinetics; J. Phys. Chem. A, 2018, DOI: 10.1021/acs.jpca.7b09774
9. Panteleev, S.V., Masunov, A.E., Vasu, S.S. Molecular Dynamics Study of Combustion Reactions in Supercritical Environment. Part 3: Boxed MD Study of CH3+ HO2→ CH3O + OH Reaction Kinetics (2018) Journal of Physical Chemistry A, 122 (13), pp. 3337-3345. J. Phys. Chem. A 2018, DOI: 10.1021/acs.jpca.7b12233
10. Rivera-Jacquez, H.J., Masunov, A.E. Theoretical study of chromophores for biological sensing: Understanding the mechanism of rhodol based multi-chromophoric systems; Spectrochimica Acta – Part A: Molecular Spectroscopy 2018, DOI: 10.1016/j.saa.2018.02.047
11. A. Masunov, K. Torres, A. Dyakov, I. Yushina, E. Bartashevich. First principles crystal engineering of nonlinear optical materials. II. Effect of halogen bonds on structure and properties of triiodobenzenes. J. Chem. Phys. 2018 (in press)
12. Yushina I., Masunov A., Lopez D., Diakov A., Bartashevich E. Toward first principles design of organic nonlinear optical materials: crystal structure prediction and halogen bonding impact on hyperpolarizabilities of 2-iodo-3-hydroxypyridine. Crystal Growth & Design 2018, DOI: 10.1021/acs.cgd.8b00529