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Stato Avanzamento Attività commessa
Nanoingegneria chimica computazionale e strutturale (NICCS)


  anni:  2006   2007   2008   2009   2010   2011   2012   2013   2014 

Stato di Avanzamento attività anno 2009

Previsione attività per l'anno 2009
Risultati conseguiti:
MODULO 1 - La densita' elettronica dei cristalli dei due zwitterioni L- e DL-alanina e' stata determinata dall'analisi delle intensita' di diffrazione di raggi X misurate a 23 e 19 K. Le differenze e le similarita' delle proprieta' fisiche dei due composti chirali nello stato solido sono state descritte in termini di (a) descrittori geometrici, (b) indici topologici, (c) distribuzione del potenziale elettrostatico molecolare, (d) volumi e cariche atomiche, (e) momenti elettrici molecolari ed (f) energie elettrostatiche di interazione intermolecolare e di coesione del cristallo. In particolare, si e' trovato che le interazioni intermolecolari omochirali (LL) tra le molecole di alanina determinano, dal punto di vista elettrostatico, una maggiore stabilita' rispetto alle interazioni eterochirali (DL). E' questo il primo lavoro (pubblicato sul Journal of Physical Chemistry B) in cui vengono confrontate le densita' elettroniche sperimentali di due composti chirali collegati, fornendo pertanto un test ideale per la trasferibilita' della densita' elettronica e delle proprieta' da essa derivate. MODULO 2 - Sono state determinate le proprietà strutturali, elettroniche e ottiche di una serie di sistemi halogen bonded. I risultati ottenuti hanno portato a 15 pubblicazioni nel 2007 e 8 pubblicazioni nel 2008, tutte su riviste internazionali ISI, tra cui Angewandte Chemie, ChemComm e Chemistry: European Journal. La natura e le proprietà dell'interazione ad alogeno, come ricavate da determinazioni sperimentali e teoriche di densità elettronica, sono anche state oggetto di una comunicazione orale al 5th European Charge Density Meeting (Gravedona, Lake Como, Italy, 6-11 June 2008). MODULO 3 - Materiali termoelettrici : pubblicazione (2008 J. Phys. : Conf. Ser 117 012010) dei risultati su "Calcium filled skutterudites Ca(x)Co(4)Sb(12): effect of the computational approach on the ab-initio modelled electronic transport properties" . Materiali PCM : sono in corso di studio le proprietà vibrazionali della fase cristallina esagonale del Ge(2)Sb(2)Te(5)in collaborazione con il Prof. Bernasconi (Milano Bicocca) Descrittori quantistici: è' stato completato e accettato per la pubblicazione (J. Inorganic Chemistry, 2009) un lavoro su "Nature of the Bonding in Metal-Silane Ã-Complexes", ed e' stata presentata al 5th European Charge Density Meeting (Gravedona, Lake Como, Italy, 6-11 June 2008) una comunicazione su "The multipolar model bias on primary densities as revealed by the source function descriptor". Sistemi ad alta pressione : un lavoro su "Ionic high pressure form of elemental boron" è stato accettato per la pubblicazione su Nature. E' il primo caso documentato di self charge transfer in un elemento, dovuto alla formazione di coppie B2 che interagiscono con i clusters icosaedrici B12, tipici delle fasi alpha e beta del B in condizioni ordinarie. MODULO 4 - Per quanto riguarda il grafene, sono stati ottenuti valori accurati delle energie e delle barriere di chemisorbimento per sticking sequenziale di piu' atomi di idrogeno, che vanno da 0.8 a 1.9 eV; si e' visto che, in dipendenza dal numero e dalla posizione degli atomi H adsorbiti,si formano strutture magnetiche nelle quali la densita' di spin si localizza in un sottoreticolo esagonale; si e' trovato che le binding energy (le barriere) aumentano (diminuiscono) linearmente con il grado di magnetizzazione del sito di adsorbimento; i risultati sono stati razionalizzati e interpretati facendo ricorso alla Teoria vb della risonanza PER sistemi pi-greco coniugati. E' in corso di pubbilcazione sul Journal of Chemical Physics l'articolo "Understanding adsorption of hydrogen atoms on graphene".
Punti critici:
MODULO 1 - Al fine di verificare gli algoritmi programmati in PAMoC e per ottenere i valori delle quantita' atomiche e molecolari necessarie per parametrizzare le procedure approssimate di calcolo "veloce" delle energie di interazione, sara' necessario effettuare calcoli ab initio di sistemi sia isolati che periodici con metodi DFT e TD-DFT (quest'ultimo limitatamente al calcolo dei coefficienti di dispersione). Lo studio offrira' la possibilita' di verificare l'auspicata sinergia di tecniche e risultati sperimentali e teorici nella determinazione di grandezze di elevato interesse applicativo, quali le energie di interazione molecolare. MODULO 2 - I principali punti critici riguardano la gestione e manutenzione del diffrattometro APEX con cui si effettuano gli studi strutturali. In particolare il problema attualmente più acuto continua ad essere quello relativo alla raccolta di dati a basse temperature, indispensabile per quasi tutti i lavori che intendiamo portare avanti. Infatti, il criostato OXFORD CRYOSYSTEM, attualmente in uso, ha già manifestato problemi di stabilità, ed essendo ormai fuori produzione da alcuni anni dovrà essere presumibilmente sostituito. Fra l'altro il consumo di azoto liquido in questo strumento rappresenta la voce più costosa della gestione del laboratorio raggi X (negli ultimi anni il consumo è stato di circa 4000-5000 litri di azoto liquido/anno). Attualmente la OXFORD CRYOSYSTEM sta immettendo sul mercato un nuovo sistema che, a parità di prestazioni, consuma circa il 60 % di azoto liquido rispetto ai sistemi tradizionali. Inoltre la stessa ditta produrrà un sistema che consuma ancor meno (con utilizzo aria compressa) ma con temperature di esercizio che non potranno scendere sotto i 190-200 K. Si tratterà quindi di valutare se sostituire e con quale sistema l'attuale criostato. MODULO 4 - Punti critici potrebbero essere quelli che si incontrano frequentemente quando si effettuano calcoli DFT e ab initio di accuratezza elevata su sistemi complessi come quelli che qui vengono trattati. In generale, e' quasi sempre possibile, con varie tecniche già sperimentate, superare le criticità. Per quanto riguarda le simulazioni dinamiche, si potrebbero presentare dei problemi di precisione numerica, pur utilizzando computer paralleli con processori 64-bit.
 
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