Számszerűen mérhető kémiai sajátságok matematikai modellek segítségével számíthatók is, adódik a kézenfekvő kérdés, miért számítsunk mérhető mennyiségeket? A jelen kísérleti technológiákkal sok esetben limitált a mérési kapacitás vagy csak nehezen, drágán szerezhető mennyiségi információ. A számítások eredményének ismeretében a kísérlettervezés racionalizálható, a drága mérések száma optimálható és a kísérleti kockázatok csökkenthetők. Prediktív modellszámításokkal egyúttal a vizsgált kémiai folyamatokhoz szerkezeti információt vagy szerkezetváltozást kapcsolhatunk, amik sok esetben a kísérlet során rögzített jelekből nem ismerhetők meg. A Számításos Kémia Kutatócsoportban három doktorandusz munkatárssal együtt ilyen modellszámításokat végzünk. A számítások általános műszere a számítógép és az általános mérési eszközök programokban kódolt a kvantumkémiai és molekulaszimulációs modellek.

Az alábbi fő területre fókuszáljuk kutatásainkat:

Mechanizmuskutatás

Az egyik kutatási irányunk a molekulák nagy pontosságú termokémiai leírása kvantumkémiai modellek segítségével. A molekulák gázfázisú képződéshőjét, égéshőjét, hőkapacitását tudjuk a kémiai pontossággal (≤ 1 kcal/mol) becsülni, ezáltal pótoljuk a vegyipar eljárások tervezéséhez és üzemeltetéséhez használt termokémiai csoportadditivitási-értékek. Másrészt a belsőégésű motorok már használt, illetve jövőbeli potenciális bioüzemanyag-komponenseinek pontos termokémiai előrejelzését végezzük. Ezen molekulák pirolízis és oxidációs elemi lépéseinek számításos kémiai modellezésével, a kinetikai modellek alkalmazásával a termékarányt és a hozzájuk tartozó abszolút sebességi állandókat meghatározzuk különböző hőmérsékleteken és nyomás-értékeken. Sok esetben a kísérletekben képződött intermedierekről nincs közvetlen kísérleti információ, viszont ezek fogják eldönteni a reakció elfolyását. Az általunk is használt kvantumkémiai modellek alkalmasak ezen részecskék meghatározására, és a tovább alakulásuk feltérképezésére.

Molekuláris adatbázis-építés

Kidolgoztunk egy olyan számítási protokollt is, amely alkalmas nagyszámú – akár több százezer – különböző molekula termokémiai adatainak számítására adataik összegyűjtésére és adatbázisba rendezésére.

Határfelületi jelenségek molekuláris vizsgálata

A határfelületi jelenségek közül kismolekulák adszorpciós tulajdonságait vizsgáljuk gőz/jég határfelületén. A Monte Carlo szimulációk alkalmasak az adszorpciós izotermák számítására különböző hőmérsékleteken. Az izoterma különböző relatív nyomás-értékeinél képesek vagyunk információt kapni az adszorpciós réteg szerkezeti, molekulaorientációs és energetikai viszonyairól, az adszorpciót befolyásoló tényezőkről.

Folyadékelegyek klasszikus molekuladinamikai szimulációja során elsősorban a folyadék/gőz határréteg szerkezetére és a molekulák közötti kölcsönhatásokra fókuszálunk, de végeztünk számításokat oldatszerkezetre vonatkozóan is. A klasszikus molekuladinamika szimuláció általánosan használható nem reaktív rendszerek esetében; például vizsgálunk karcinogén molekulák és a membrán kettősréteg közötti kölcsönhatásokat is.

Tématerületeink széles spektruma jól mutatja, hogy a kémiai számos területén szolgál értékes információval a számításos kémia.