Dynamické simulace a výpočty elektronových spřažení pro interpretaci ultrarychlé IR spektroskopie excitovaných Re komplexů
Thesis title in Czech: | Dynamické simulace a výpočty elektronových spřažení pro interpretaci ultrarychlé IR spektroskopie excitovaných Re komplexů |
---|---|
Thesis title in English: | Dynamic simulations and calculations of electronic couplings for interpretation of ultrafast IR spectroscopy of excited Re complexes |
Key words: | QM/MM MD|DFT|elektronová spřažení|Re komplexy|excitované stavy |
English key words: | QM/MM MD|DFT|elektronic couplings|Re complexes|excited states |
Academic year of topic announcement: | 2023/2024 |
Thesis type: | Bachelor's thesis |
Thesis language: | čeština |
Department: | Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO) |
Supervisor: | Mgr. Filip Šebesta, Ph.D. |
Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
Date of registration: | 09.01.2024 |
Date of assignment: | 18.01.2024 |
Confirmed by Study dept. on: | 19.01.2024 |
Date and time of defence: | 19.06.2024 09:00 |
Date of electronic submission: | 17.05.2024 |
Date of submission of printed version: | 17.05.2024 |
Date of proceeded defence: | 19.06.2024 |
Opponents: | Ing. Stanislav Záliš, CSc. |
Guidelines |
Student se nejprve seznámí s problematikou elektronových přechodů v Re trikarbonylových komplexech a teorií hybridních QM/MM simulací nastudováním odborné literatury. Pro zvolené Re komplexy, u nichž byla v současnosti měřena dynamika excitovaných stavů pomocí ultrarychlé IR spektroskopie, budou připraveny klasické molekulové dynamiky základního stavu a zvolených excitovaných stavů v roztoku DMSO nebo MeCN. Pro zlepšení popisu zkoumaného systému, se následně z několika zvolených bodů klasických dynamik spustí QM/MM dynamiky, kde Re komplex bude popsán pomocí metod kvantové chemie a okolní rozpouštědlo pomocí klasické mechaniky. U získaných trajektorií bude analyzováno geometrické uspořádání a rozložení elektronové hustoty. Pro vybrané struktury budou spočítany elektronová spřažení mezi nejnižšími elektronovými stavy metodami kvantové chemie a bude hledána korelace mezi jejich velikostí a konformací molekuly. Nakonec bude student diskutovat, zda stanovené výsledky mohou pomoci vysvětlit rozdíly v experimentálních dynamikách zkoumaných Re komplexů. |
References |
[1] Vlček, A. Ultrafast Excited-State Processes in Re(I) Carbonyl-Diimine Complexes: From Excitation to Photochemistry. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2010, pp. 115–158.
[2] Skála, L. Kvantová teorie molekul. Karolinum, 1994. [3] Zamastil, J., and Benda, J. Kvantová mechanika a elektrodynamika. Praha: Univerzita Karlova v Praze, nakladatelství Karolinum, 2016. [4] Szabo, A., and Ostlund, N. S. Modern quantum chemistry. Dover Publications, Mineola, N.Y., 1996. Previously published: 1st ed., rev. New York : McGraw-Hill, c1989. [5] Senn, H.M., and Thiel, W. QM/MM Methods for Biomolecular Systems. Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 1198-1229. [6] Oberhofer, H., Reuter, K., and Blumberger, J. Charge Transport in Molecular Materials: An Assessment of Computational Methods. Chemical Reviews 2017, 117 (15), 10319-10357. [7] Záliš, S., Heyda, J., Šebesta, F., Winkler, J. R., Gray, H. B., and Vlček, A. Photoinduced hole hopping through tryptophans in proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences 2021, 118 (11), e2024627118. |
Preliminary scope of work |
Ultrarychlá infračervená spektroskopie excitovaných donor-akceptorových Re(I) komplexů ukazuje na výskyt dlouhožijících nábojově separovaných stavů po počátečním ozáření femtosekundovým pulsem v blízké UV oblasti. Tyto stavy jsou důležité pro umělou fotosyntézu. Místo navázání donoru, jeho typ a můstek však významně ovlivňují doby života jednotlivých elektronových stavů, ale důvod rozdílného vývoje stavů experimentální data zcela neposkytují. K vysvětlení by mohly přispět metody kvantové chemie, kdy se v rámci této práce bude studovat dynamika struktur zkoumaných komplexů pomocí pokročilého QM/MM přístupu a charakterizovat interakce elektronových stavů pomocí elektronového spřažení (couplingu). |
Preliminary scope of work in English |
Ultrafast infrared spectroscopy of excited donor-acceptor Re(I) complexes documents occurrence of long-lived charge-separated states after irradiation with a near-UV femtosecond laser pulse. Such states are important for artificial photosynthesis and the place of donor binding, its type and the nature of the bridge significantly influence their lifetimes. Nevertheless, experimental data do not provide full explanation for that behavior. In this problem, quantum chemical calculations can contribute to its explanation. Within the bachelor thesis, structural dynamics of studied complexes will be investigated using the advanced QM/MM approach and interaction of electronic states will be characterized with electronic couplings. |