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Previsione Attività
Commessa
Nanoingegneria chimica computazionale e strutturale (NICCS)


  anni:  2006   2007   2008   2009   2010   2011   2012   2013   2014   2015 

Previsione attività anno 2011

Stato avanzamento attività per l'anno 2011
Attività da svolgere:
MODULO 2 1)Modellistica molecolare: a)Si proseguira' lo studio su sistemi push-pull in grado di agire come accettori e donatori di legami ad alogeno (HalB) caratterizzati da elevata iperpolarizzabilita', esaminando nuovi composti derivati del trans-stilbene e valutandone le proprieta' spettroscopiche e NLO. b)Verra' intrapreso lo studio di composti basati su iodoperfluoroareni quali recettori sintetici per il riconoscimento selettivo di anioni tramite formazione di HalB multipli c)Verrà affrontato lo studio sul ruolo del HalB in sistemi biologici utilizzando: i) metodologie ibride QM/MM che presentano il vantaggio di un'accurata determinazione degli HalB (parte QM) e lo svantaggio di costi computazionali elevati; ii) metodologie di dinamica molecolare che richiederanno innanzitutto lo sviluppo di nuovi campi di forza in grado di trattare la presenza di HalB. 2)Studi strutturali: a)nanoengineering di sistemi supramolecolari basati su HalB, utilizzando i) accettori ionici (alogenuri), particolarmente interessanti per la varietà e la robustezza delle interazioni cui danno luogo; ii) molecole contenenti sia l'accettore sia il donatore, in grado quindi di costituire strutture polimeriche b)studio di sistemi con HalB deboli 3)Sintesi e studio delle proprietà chimico-fisiche di: a)Perfluoroalchilioduri funzionalizzati del tipo X-(CF2)-CF2I quali building blocks in processi di formazione di strutture supramolecolari basate su HalB b)composti del tipo X-(CF2)n-(CH2)m-Y contenenti catene perfluorurate e gruppi reattivi in grado di legarsi a superfici di varia natura (vetro, silicio, metallo, polimeri), in cui le proprietà fisico-chimiche sono modulate dalla struttura del gruppo alchilico che lega la catena perfluorurata e il gruppo che porta il silicio c)nuovi materiali ibridi basati su silice nanostrutturata contenente gruppi perfluorurati e un secondo sistema in grado di interagire con piccole molecole polari o non polari per il loro adsorbimento selettivo, da utilizzare come microarray. Queste nanoparticelle sono candidati promettenti per materiali da impiegare in dispositivi per sensori di piccole molecole. d)sintesi di composti organometallici atti a formare HalB in strutture supramolecolari (composti del tipo Ln-M-Ln in cui Ln è un legante insaturo contenente o un sistema donatore (-CF2I) o un sistema accettore (Py)nel HalB). Particolare attenzione sarà rivolta a leganti di tipo acetilurico, con metalli quali Pt, Pd, Ru, Rh e lantanidi (Sm, Yb). MODULO 3 Materiali TermoElettrici (TE): proseguirà l'attività sulle relazioni tra proprietà TE e struttura geometrica/elettronica di FeX2 (X=VI o V gruppo). Ad Aarhus inizierà una corrispondente attività sperimentale. Descrittori: a)Si verificherà la capacità della Funzione Sorgente di rivelare effetti di coniugazione elettronica, utilizzando un ampio spettro di composti benzenoidi. b)Si valuterà l'applicabilità a densità sperimentali di un nuovo descrittore d'interazioni non covalenti (JACS 132, 6498,2010). Proprietà, struttura elettronica e legame chimico di sistemi in fase condensata ad alta pressione: si proseguirà il lavoro sulle fasi degli ossidi di Xe. Forze intermolecolari deboli: per svolgere simulazioni dinamiche che forniscano un panorama completo sulle proprietà delle nanodroplets di He dopate con Cu, Ag o Au, si calcoleranno le PES degli stati eccitati anche per il dimero Au-He. Nanoparticelle di oro: data la difficoltà dell'ottimizzazione non-lineare dei coefficienti CI e MO nei conti Complete Active Space si valuterà con procedure automatiche che tutti i conti siano andati a convergenza alla soluzione appropriata prima di sviluppare una funzione algebrica che interpoli la PES. NanoGraFeni (NGF): si continuerà lo studio della struttura elettronica di substrati grafenici difettuali, ivi inclusi atomi di H anti e difetti di B e N sostituzionali. Inoltre, s'intende a) terminare lo studio a livello CASSCF delle proprietà magnetiche dei bordi nei NGF; b) migliorare i valori di gap energetico applicando la teoria perturbativa MCQDPT alla funzione d'onda CASSCF; c) intraprendere lo studio della reattività chimica dei NGF, con riferimento all'affinità verso H2. Si studieranno inoltre le proprietà elettroniche di polimeri H(CC)nH, come modello di C-wires e il loro utilizzo in ipotetici all-C nanodevices, valutandone le proprietà elettroniche di trasporto in regime coerente (approccio di Landauer nel formalismo della funzione di Green di non equilibrio). Effetti di stati di superficie su proprietà d'adsorbati: si valuterà l'effetto sulla larghezza di riga di stati eccitati di un adsorbato e sulla probabilità di diseccitazione Auger, introducendo un modello di potenziale per il substrato metallico in grado di descrivere correttamente la presenza del gap delle bande di bulk proiettate in superficie e degli stati di superficie. Altro: Il libro Springer "Modern Charge Density Analysis" verrà completato
Punti critici e azioni da svolgere:
MODULO 1: Al fine di verificare gli algoritmi programmati in PAMoC, 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, che determinano fenomeni di interesse biologico e farmacologico (interazione farmaco-recettore, progettazione di farmaci) e tecnologico (previsione della struttura dei cristalli, progettazione di macchine molecolari). Infine dovranno essere intraprese le azioni necessarie (quali operazioni di "restyling" e creazione di una interfaccia grafica) per rendere il codice PAMoC adatto ad una utenza di varia estrazione scientifica e con interessi volti più specificamente ad applicazioni pratiche e di routine, in modo tale da soddisfare le numerose richieste di utilizzo provenienti da diversi laboratori internazionali. MODULO 2: I principali punti critici riguardano innanzitutto la gestione e manutenzione della strumentazione utilizzata nel modulo. In particolare il problema attualmente più acuto è quello relativo alla raccolta di dati di diffrazione di raggi X a bassa temperatura, indispensabile per quasi tutti i lavori di determinazione strutturale condotti. 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 di 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. Altro punto critico è rappresentato dalla carenza di personale. In particolare il gruppo di sintesi operante presso la sede di Padova richiede che venga garantita la sostituzione dell'unica persona in ruolo tecnico che svolge attività indispensabile al gruppo di ricerca, e il cui pensionamento avverrà a breve termine. Il gruppo di modellistica molecolare richiede l'assegnazione di 2 posti di assegno di ricerca. Realisticamente i risultati attesi non possono prescindere dalla almeno parziale risoluzione dei problemi citati sopra (mancanza di personale e di fondi). Pur tuttavia le collaborazioni avviate e il fatto che l'attività viene svolta all'interno di Dipartimenti universitari consente di proseguire, anche se in economia, l'attività. MODULO 3 Materiali TermoElettrici (TE): Discrepanze tra descrizioni ab-initio periodiche che utilizzano metodi PW e metodi a base locale. Confronto necessario con densità sperimentali da dati di diffrazione a raggi X (anch'esse presentano ambiguità essendo grandezze derivate attraverso modelli di raffinamento di fattori di struttura di raggi X) Descrittori, Funzione Sorgente : il confronto con descrittori basati sulla matrice densità di coppia, nella descrizione degli effetti di coniugazione, potrà rivelarsi di difficile applicazione. Nanoparticelle di oro: il punto critico dell'attività da svolgere nel 2011 è sicuramente l'individuazione dei criteri con cui definire le soluzioni CASSCF(4,4) di Au4 che sono andate a convergenza su soluzioni non corrette. Si progetta di utilizzare criteri che sfruttano l'effetto delle basi aggiuntive e la quasi-additività dell'effetto delle funzioni ghost. Studio degli effetti di stati di superficie sulle proprietà di adsorbati: un eventuale punto critico dell'attività è costituito dall'accuratezza che sarà possibile ottenere nella descrizione degli spettri di adsorbati. Infatti, la risoluzione in energia dell'approccio teorico potrebbe rivelarsi non sufficiente alla descrizione di stati quasi-discreti (50 meV). Un secondo punto critico potrebbe essere rappresentato dalla difficoltà di reperire fondi per finanziare trasferte del personale coinvolto nella ricerca presso laboratori internazionali.
Risultati attesi nell'anno:
MODULO 1: I risultati saranno riassunti in una o piu' pubblicazioni su riviste internazionali e riguarderanno la determinazione delle energie di interazione intermolecolare e di coesione dei cristalli dei seguenti sistemi: alpha-glycine, l-alanine, dl-alanine, 3,4-bis(dimethylamino)-3-cyclobutene-1,2-dione, austdiol, e l'antagonista non-peptidico dell' angiotensina II LR-B/081 o milfasartan. Il codice PAMoC verra' inoltre messo a disposizione su internet per il download. MODULO 2: Nel corso dell'anno si prevede di ottenere le proprietà strutturali, elettroniche, ottiche e di conduzione elettrica dei composti derivati del trans-stilbene contenenti imidazolo lungo il ponte pi-greco tra i gruppi push e pull della molecola. Si prevede inoltre di ottenere i primi risultati sui nuovi campi di forza per gli alogeni, in grado di descrivere correttamente le proprietà del legame ad alogeno in sistemi biologici. Si prevede infine di ottenere risultati nell'ambito della sintesi dei composti "precursori". Si intende infatti preparare perfluoralchilioduri funzionalizzati, composti funzionalizzati di silicio contenenti catene perfluorurate e composti organometallici in grado di costruire architetture supramolecolari basate su legami ad alogeno. Verrà condotta la loro caratterizzazione e lo studio del comportamento chimico fisico con particolare riferimento alla interazione con piccole molecole. I risultati ottenuti saranno oggetto di: - Pubblicazioni su riviste internazionali ad alto impact factor - Comunicazioni a congressi internazionali e nazionali - Possibili brevetti - Contributi a libri MODULO 3: Materiali TermoElettrici (TE): Si prevede di arrivare ad una prima pubblicazione su relazioni tra struttura geometrica ed elettronica in sistemi FeX2 (X=S,As,P). Si prevede inoltre di avere i primi dati strutturali e di densitù elettronica dall'indagine sperimentale di diffrazione di raggi X Descrittori: a) Funzione Sorgente (FS): si prevede di arrivare a una pubblicazione sulla capacità della FS di rivelare effetti di coniugazione elettronica verificata su un ampio spettro di composti benzenoidi e polienici. Si prevede di aver verificato su un primo composto cristallino (2-Pycolyllithium?) l'applicazione, a tal fine, della FS anche a densità sperimentali. b) Interazioni non covalenti (Non Covalent Interactions, NCI): si prevede di aver completato una valutazione previa dell'applicabilità a densità sperimentali del descrittore NCI recentemente proposto in letteratura (JACS 132, 6498,2010). Proprietà, struttura elettronica e legame chimico di sistemi in fase condensata ad alta pressione: si prevede di arrivare alla pubblicazione del lavoro sul trasferimento di carica in ossidi di Xe ad alta pressione. Forze intermolecolari deboli: Calcolo del potenziale di interazione dei primi 9 stati eccitati di Au-He. Pubblicazione di un invited paper contenente parte dei risultati dello studio relativo a M-He (M=Cu, Ag, Au), e successiva pubblicazione del restante materiale come regular article. Nanoparticelle di oro: Energie di interazione di Au4 a livello CASSCF(4,4)-MCQDPT/cc-pVDZ con correzione CP del BSSE. Completamento del campionamento delle energie di interazione di Au4 ripulito da tutti i problemi di non-convergenza e di convergenza a soluzioni non corrette (di più alta energia). Nanografeni : Risultati accurati riguardo l'energetica e le proprietà elettroniche, magnetiche e di trasporto dei sistemi in studio, unitamente alla comprensione ed eventuale razionalizzazione dei risultati ottenuti. Studio degli effetti di stati di superficie sulle proprietà di adsorbati: Caratterizzazione delle proprietà elettroniche di adatomi alcalini adsorbiti su Cu(111) e Ag(111) e confronto con dati sperimentali ottenuti con spettroscopia a 2 fotoni per quanto riguarda il primo stato eccitato dell'adsorbato. Altro: Libro Springer on "Modern Charge Density Analysis": pubblicazione del libro e commercializzazione (ad ampio spettro) del libro attraverso Springer.
Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate:
MODULO 1: E' allo studio la possibilità di "vendere" l'eseguibile di PAMoC ad utenti non accademici. MODULO 2: Il progetto ha appena ricevuto un finanziamento privato, pari a 33.000 €, per l'acquisto di un nuovo cluster di 96 cores per High Performance Computing. Il nostro massimo impegno va alla ricerca di collaborazioni con aziende private che operano nel settore specifico dei materiali fluorurati e nel settore dei trattamenti superficiali. Il laboratorio di raggi X è inoltre disponibile per la determinazione strutturale di sistemi di interesse presso ditte private. Sono stati inoltre reiterati i tentativi di ottenere finanziamenti tramite progetti regionali (Cariplo), nazionali (PRIN 2009 e FIRB Futuro 2010) ed europei (VII programma quadro) nelle diverse tematiche in cui il gruppo di ricerca può dare un significativo contributo. MODULO 3: Il progetto presentato all'interno della "call" 7 PQ NMP.2010.1.2-3 "Thermoelectric energy converters based on nanotechnology" non ha passato la fase 2 del processo di accettazione, malgrado una valutazione sostanzialmente positiva. Non si prevede di perdere ulteriore tempo ripresentandolo. Center for Materials Cristallography (CMC): dopo aver contribuito fattivamente al Kick-off meeting e al First Review meeting del CMC, attraverso tre lectures di fronte alla Danish National Research Foundation, un seminario informale, diversi contributi scientifici di consulenza, verranno svolte tutte le azioni richieste atte a mantenere il trasferimento di duecentomila corone danesi per anno negli anni 2010-2014. Nanoparticelle di oro: Richiesta di tempo di calcolo a CASPUR Nanografeni : Richiesta di tempo di calcolo a CASPUR Presentazione Progetto FIRB RBFR106BU1_001 Bando Futuro in Ricerca 2010 Studio degli effetti di stati di superficie sulle proprietà di adsorbati: Richiesta di tempo di calcolo al centro di calcolo CINECA Richiesta di finanziamento alla Fondazione CARIPLO Partecipazione al prossimo bando PRIN
 
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