RICERCA ITALIANA     

Trasferimenti di energia, carica e molecole in sistemi complessi

Università degli Studi di Bologna

Abstract

Questo progetto mira alla comprensione dei processi di trasferimento di energia, di carica e di materia. I fenomeni di trasferimento sono molteplici e possono avvenire in una varietà di fasi, in molecole piccole o in sistemi complessi. La comprensione dettagliata di questi processi richiede modelli distinti, adeguati alla tipologia del processo, e l’utilizzo di specifiche metodiche teoriche e sperimentali. Tuttavia, da un punto di vista concettuale lo schema interpretativo è lo stesso per tutti questi processi.
Le linee di ricerca sono le seguenti:
1. Processi di trasporto all’interfaccia tra molecole organiche e superfici sia metalliche che inorganiche. Verra' studiato l’adsorbimento di molecole organiche su superfici di Mercurio utilizzando una descrizione a livello di "Embedded Atom" per i metalli, a livello di meccanica molecolare per gli organici, e l'interazione organico-inorganico è rappresentata da una somma del termine di van der Waals e di interazioni Coulombiane. Si studierà anche l’interazione tra superfici di TiO2, descritta da un modello core-shell, e molecole organiche.
2. Trasporto di carica e di energia in sistemi biologici e in aggregati organici. Si valuterà l'efficienza del trasferimento di energia tra le basi di una catena di oligomeri del DNA e della formazione di eccimeri mobili. Saranno inoltre studiati i processi foto-indotti che producono separazione di carica in cromofori, anche di interesse biologico >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giorgio Orlandi Università degli Studi di BOLOGNA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Questo progetto mira alla comprensione di diversi aspetti dei processi di trasferimento di energia, di carica e di materia, principalmente lungo le linee e per i sistemi riportati nell’abstract. Con riferimento alle linee di ricerca riportate nel sunto gli obiettivi sono i seguenti:
I fenomeni di trasferimento sono molteplici e possono avvenire in una varietà di fasi, in molecole piccole o in sistemi complessi. La comprensione dettagliata di questi processi richiede modelli distinti, adeguati alla tipologia del processo, e l’utilizzo di specifiche metodiche teoriche e sperimentali. Tuttavia, da un punto di vista concettuale lo schema interpretativo è lo stesso per tutti questi processi.
Le linee di ricerca sono le seguenti:
1. Processi di trasporto all’interfaccia tra molecole organiche e superfici sia metalliche che inorganiche.
Lo scopo è (a) di sviluppare un modello che descriva accuratamente l’adsorbimento di molecole organiche su superfici di Mercurio e di TiO2 utilizzando un modello che tenga conto delle l'interazioni di van der Waals e Coulombiane, (b) di avere informazioni sulla meccano-chimica dello stiramento molecola-metallo e sulla variazione delle proprietà ottiche non-lineari delle molecole sul metallo. Col modello sviluppato si potranno studiare le interazioni nanotubo-metallo.
Il controllo dell’interazione molecola superficie è un ingrediente fondamentale dei nanocircuiti e dei nanocongegni.
2. Trasporto di >>>

Risultati parziali attesi

Risultati attesi per le singole linee di ricerca:

1. Processi di trasporto all’interfaccia tra molecole organiche e superfici sia metalliche che inorganiche.
Formulazione di modelli, di opportune strategie di calcolo; caratterizzazione dell’adsorbimento di molecole organiche (o supramolecole, nanotubi) su superfici di Mercurio e di TiO2, informazioni sulla meccano-chimica dello stiramento molecola-metallo, proprietà elettriche del contatto molecola-superficie metallica.
Importanza: come ricerca di base, e nel campo dei nanocircuiti e dei nanocongegni.
2. Trasporto di carica e di energia in sistemi biologici e in aggregati organici.
Caratterizzazione degli stati eccitati (tempi di vita, disattivazione fotofisica o fotochimica) di basi del DNA, efficienza del trasferimento di energia tra basi vicine. Caratterizzazione dei processi fotofisici/fotochimica del fitocromo e del cromoforo della GFP (green fluorescent protein).
Importanza: come ricerca di base e per la comprensione dei processi che avvengono nei sistemi biologici (e negli organismi viventi).
3. Dinamica dei processi fotoindotti in sistemi molecolari e supramolecolari.
Messa a punto di un codice di calcolo basato sull’algoritmo di Allen e caratterizzazione della dinamica di processi molto veloci (nel campo dei fs).
Importanza: come ricerca di base e nel campo dei sistemi biologici e della nanotecnologia.
4. Processi non radiativi >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le reazioni di trasferimento di energia e di carica sono i più semplici processi chimici e sono strettamente legati tra loro (a). Appartengono a questa classe di fenomeni il trasferimento di eccitazione elettronica (b), la migrazione degli eccitoni nei solidi (c), i trasferimenti di energia vibrazionale (d) e la conduzione di calore (e). Il flusso di energia tra differenti vibrazioni costituisce il rilassamento vibrazionale intramolecolare (IVR) che è dovuto ad interazioni anarmoniche tra gli oscillatori (f). I fenomeni di trasferimento sono molteplici e vanno dai trasferimenti in fase gas, ai trasferimenti in fase condensata, soluzione o stato solido o anche sistemi biologici complessi. I ponti tra A e D, che possono essere di vario tipo, determinano la velocità dei processi (f, g).
La varietà dei processi di trasferimento implica che non può essere adottato un unico modello di analisi, nè le stesse tecniche sperimentali. Le unità di ricerca coinvolte in questo progetto possiedono l'esperienza per studiare diversi aspetti di questo settore di ricerca.
L'attività sperimentale su molecole organiche adsorbite su superfici è molto intensa. Le indagini computazionali su questi sistemi sono state effettuate col metodo Car-Parrinello e con metodi semiempirici nei quali le interazioni all'interfaccia sono usualmente rappresentate solo da termini di van der Waals e dalle interazioni elettrostatiche, valutate secondo il modello di Goddard e Rappé (h) >>>