Forschung
Multiskalen-Mechanochemie
Die Einwirkung von mechanischer Kraft auf chemische Substanzen wird Mechanochemie genannt. Moleküle können beispielsweise in einem Rasterkraftmikroskop oder einem Ultraschallbad mechanisch verzerrt werden und verändern dabei ihre spektroskopischen Eigenschaften. Diesen Effekt nutzt man z.B. in mechanochromen Materialien, welche ihre Farbe ändern, wenn eine bestimmte Kraft überschritten wird. In unserer Gruppe entwickeln wir skalenübergreifende Simulationsmethoden für chemische Substanzen unter dem Einfluss mechanischer Kraft und nutzen diese Methoden, um ein molekulares Verständnis mechanochemischer Prozesse zu erhalten.
Featured Paper:
S. Kumar, B. Demir, A. Dellwisch, L. Colombi Ciacchi, T. Neudecker, “Multiscale Mechanochemical Modeling of Spiropyran-Merocyanine Isomerization in Linear PMMA Polymers”, Macromolecules 2023, 56, 8438-8447.
Moleküle unter Druck
Moleküle können in einer Diamantstempelzelle extrem hohem Druck ausgesetzt werden. Ähnlich wie bei der Einwirkung mechanischer Kraft verändern sich dabei die strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften der Moleküle. Die elektronischen Änderungen in Metallkomplexen unter hohem hydrostatischem Druck spielen beispielweise bei der Trennung, Speicherung und Aktivierung verschiedener Gase eine wichtige Rolle. Wir entwickeln quantenchemische Methoden zur Berechnung dieser Effekte (z.B. HCFF, X-HCFF und GOSTSHYP) und entwickeln Materialien, die unter Druck einen gewünschten Schaltvorgang ausführen. In unserem Übersichtartikel stellen wir verschiedene Simulationsmethoden für die Hochdruckchemie vor.
Featured Paper:
R. Weiß, F. Zeller, T. Neudecker, “Calculating High-Pressure Vibrational Frequencies Analytically with the Extended Hydrostatic Compression Force Field Approach”, J. Chem. Phys. 2024, 160, 084101
Emergente Eigenschaften
Wie groß muss ein molekularer Cluster sein, um die Eigenschaften des makroskopischen Materials zu zeigen? Diese Frage ist überraschend schwer zu beantworten, denn sie hängt vom untersuchten chemischen System und der zu reproduzierenden Messgröße ab. Eigenschaften, die zwar auf molekularer Ebene codiert sind, sich jedoch erst bei molekularen Clustern hinreichender Größe zeigen, nennt man emergente Eigenschaften. In unserer Gruppe untersuchen wir emergente Eigenschaften beispielsweise im Bereich der Hochdruckchemie. Ein kürzlich erschienener Übersichtsartikel fasst verschiedene Arten emergenter Eigenschaften zusammen, welche in der Chemie von Interesse sind.
Featured Paper:
N. Sieroka, T. Lossau, T. Neudecker, "Emergent Properties in Chemistry - Relating Molecular Properties to Bulk Behavior", Chem. Eur. J. 2024, 30, e202303868.