КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-73-10131
НазваниеИзучение взаимодействий «гость-хозяин» и динамических процессов в соединениях включения на основании данных анализа скалярных полей, определяемых в реальном пространстве и применяемых для описания межатомного связывания.
Руководитель Ананьев Иван Вячеславович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-502 - Кристаллохимия
Ключевые слова соединения включения, кристаллическая структура, взаимодействия "гость-хозяин", скалярные поля, электронная плотность, прочность взаимодействия, молекулярная динамика, рентгенодифракционные исследования, квантово-химические расчеты, модель "инвариомов"
Код ГРНТИ31.15.17
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Практическая значимость материалов на основе соединений включения не может быть переоценена. Во многом, разнообразие их приложений обусловлено спецификой т.н. взаимодействий «гость-хозяин», которая в сочетании с размером пор придает соединениям включения уникальные адсорбционные свойства. В этом смысле моделирование динамики молекул «гостя», позволяющее не только объяснять, но и предсказывать адсорбционные свойства соединений включения, является одним из наиболее важных направлений теоретических исследований в этой области. В настоящее время большинство методов моделирования динамики соединений включения, да и вообще, супрамолекулярных ассоциатов, основано на подходах молекулярной механики, сопоставляющих геометрии системы определенную энергию при помощи т.н. парных потенциалов. Эти методы, несмотря на их удобство и относительную простоту в использовании, имеют, по крайней мере, два существенных недостатка: физическая «нестрогость» и необходимость выбора типа силовых полей молекулярной механики для решения конкретной задачи. С другой стороны, физически обоснованные методы расчетов, такие как теория волновых функций или теория функционала плотности, чрезвычайно ресурсозатратны, что ограничивает их применимость для моделирования динамики атомных агрегатов. Эти недостатки имеющихся теоретических методов делают весьма актуальными исследования, направленные на разработку других подходов к описанию взаимодействий «гость-хозяин», позволяющих, с одной стороны, проводить экспрессное моделирование динамики молекул «гостя» в любых соединениях включения, а с другой, предсказывать свойства нанопористых материалов с приемлемой точностью.
Настоящий проект направлен на создание общей, свободной от ограничений используемых в настоящее время методов, методологии моделирования взаимодействий «гость-хозяин» и динамики молекул «гостя» в соединениях включения. Путем решения задачи проекта, определяющим его новизну, являются систематические исследования взаимодействий «гость-хозяин» с использованием подходов анализа скалярных полей, определяемых в реальном пространстве и применяемых для описания межатомного связывания. Характеристики скалярных полей, как язык описания межатомных взаимодействий, являются физически обоснованной альтернативой подходам молекулярной и квантовой механики и могут быть получены как экспериментально, для монокристаллических тел, так и теоретически, в том числе с использованием моделей, не требующих проведения ресурсозатратных квантово-химических расчетов. В качестве подходов к описанию связывания «гость-хозяин» будут апробированы различные скалярные поля. В частности, выявление и определение свойств невалентных взаимодействий «гость-хозяин» будет проводиться на основании топологического анализа и анализа изоповерхностей распределения электронной плотности, электростатического потенциала, плотностей кинетической, потенциальной и полной электронной энергии, лапласиана электронной плотности, функций LOL, ELF и RDG. Основными объектами исследований выступят супрамолекулярные соединения металлоорганических каркасов и цеолитов. В то же время, методы описания взаимодействий «гость-хозяин» и изучения динамики молекул в кристалле также будут отрабатываться на кристаллах органических солей, кристаллах с Z'>1, сокристаллах и сольватоморфах.
Важно отметить, что систематические исследования взаимодействий «гость-хозяин» с использованием методов анализа скалярных полей ранее не проводились, а анализ скалярных полей до сих пор фактически не рассматривался как метод описания взаимодействий, пригодный для целей моделирования динамики атомно-молекулярных или супрамолекулярных систем. Таким образом, поставленная задача проекта характеризуется значительным элементом научной новизны, поскольку направлена на поиск новых метрик (характеристик некоторых скалярных полей) для разработки переносимого подхода к моделированию динамики супрамолекулярных систем, в том числе и соединений включения, и их скринингу для получения корреляций «структура-свойство». Помимо отработки общей методологии изучения соединений включения, как и любых других супрамолекулярных систем, исследования по тематике данного проекта, очевидно, позволят решить целый ряд локальных задач, связанных с описанием конкретных систем.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ