Závěrečná zpráva grantu 037/1997/B-FYZ/MFF

Název projektu:	Molekulární simulace v syntéze nových materiálů
Hlavní řešitel:	Doc. Pavla Čapková, RNDr. CSc
Spoluřešitelé:	Prof. Jiří Votinský, DrSc.; RNDr. J. Baldrián, CSc.; Prof. Michal Ilavský, DrSc; Prof. Zdeněk Weiss, DrSc.; RNDr Eva Uhlířová, RNDr; RNDr Miroslava Trchová, CSc; Doc. Jaroslav Burda, CSc; Ing. Vítězslav Zima, CSC.; Mgr. Arjen van Langevelde; Ing. Daniel Janeba; Mgr. Oldřich Doseděl; Mgr. Marharita Senčenko; Miroslav Pospíšil; Mgr. Serhij N. Zubarev
Období řešení:	1997-1999
Celková dotace:	220 tis. Kč

Souhrn výsledků

Do materiálového výzkumu v oblasti interkalátu a molekulárních krystalu byla zavedena metoda molekulár-ních simulací, použitelná také pro další neusporádané struktury (inkluzní slouceniny a supramolekulární systémy). Tato metodika a strategie molekulárních simulací je založena na tesné soucinnosti s doplnkovými experimentálními metodami (difrakce elektronu, difrakce rtg a synchrotronového zárení a vibracní spektroskopie). Výsledky projektu lze rozdelit do trí hlavních smeru:
I. Metodika komplexní strukturní analýzy interkalátu a molekulárních krystalu s neusporádanou nebo cástecne neusporádanou strukturou, založená na kombinaci molekulárních simulací s experimentálními metodami ( difrakce, vibracní spektroskopie). V rámci této metodické práce byl vytvoren výpocetní program SUPRAMOL, který podstatným zpusobem rozširuje možnosti komercního softwaru Cerius pro molekulární simulace. Tato komplexní strukturní analýza nám poskytuje detailní strukturní model popisující polohu, orientaci a usporádání molekul hosta v mezivrství hostitelské struktury, popis zpusobu vrstvení, dále charakterizaci eventuelní neusporádanosti struktury vcetne typu a stupne neusporádanosti. Krome techto strukturních parametru získáme vazební charakteristiky, jako je celková sublimacní energie a jeji jednotlivé príspevky (van der Waalsovy a elektrostatické interakce a vodikové vazby), interakcní energii host-hostitel a host-host, rozložení náboje ve strukture a stupen polarizace struktury. Tyto strukturní a vazební charakteristiky umožnují pochopení vztahu struktury a vlastností a dále umožnují korigovat technologii prípravy pro dosažení požadovaných vlastností.
II. Vyrešení struktur a pochopení vztahu struktury a vlastností pro radu interkalátu a to:
1) vrstevnaté aluminosilikáty interkalované anorganickými komplexními kationty (t.zv. pilírované struktury), využitelné jako katalyzátory a sorbenty velkých organických molekul.
2) vrstevnaté aluminosilikáty interkalované organickými molekulami, využitelné jako prekurzory pro další interkalace, resp materiály pro optické a optoelektronické aplikace se zajímavými optickými vlastnostmi.
3) vrstevnaté struktury fosforecnanu zirkonu a vanadylu interkalované malými organickými molekulami, využitelné jako prekurzory pro interkalaci velkých organických molekul a jako katalyzátory, protonové vodice, chemické senzory, materiály pro optické aplikace atd..
4) grafit interkalovaný chloridy prechodových kovu (materiály s dvoudimensionální kovovou vodivostí).
Výsledkem techto studií byly závery o strukture a vlastnostech konkretních interkalovaných struktur. (Podrobneji viz príloha k této zpráve.) Krome techto konkretních záveru nám výsledky pro serii interkalátu umožnily formulovat obecná pravidla pro usporádání molekul hosta ve vrstevnatých hostitelských strukturách. Tato pravidla popisující vzájemnou strukturní a vazební komplementaritu hostitelských struktur a molekul hosta, urcují vztahy mezi strukturními a vazebními parametry hostitelských struktur a molekul hostu.
III. Urcení struktury a strukturní stability dvou typu molekulárních krystalu, významných pro syntézu polyuretanu. Pomocí kombinace molekulární mechaniky s difrakcí rtg a synchrotronového zárení byly urceny struktury molekulárních krystalu dvou typu bis(w-hydroxyalkoxy)bifenylu. Molekulární dynamika byla použita pro objasnení mechanismu jejich fázových prechodu. Tyto výsledky jsou významné pro vysvetlení tepelného chování odvozených polyuretanu. (Detaily viz príloha.)