Проект: Молекулно моделиране и експериментално изследване на лантанидни системи и хромофори с оптични свойства (LANTMOD)
Основна научна област: Химия
Вид на планираните научни изследвания: Фундаментални
Базова организация: Институт по обща и неорганична химия, Българска академия на науките
Партньор: ФХФ, СУ „Климент Охридски“
Ръководител на научния колектив: доц. д-р Ивелина Георгиева
Сума за изпълнение на проекта: 110 000 лв (сто и десет хиляди лева)
Финансираща организация: Фонд "Научни изследвания"
Период: 2016-2020
Целта на настоящия проект е чрез комбинирано експериментално и квантовохимично изследване да се изучат фотовъзбудените процеси с пренос на енергия и на вътрешно-молекулен заряд в луминесцентни лантанидни системи и лиганди-хромофори с приложение като сензори за ултравиолетова светлина, маркери, специфични оптични филтри и луминесцентни устройства. За изясняване на връзката между геометричната и електронната структура и оптичните свойства на синтезирани и експериментално охарактеризирани луминесцентни (или флуоресцентни) системи, в предложения проект се предвижда молекулно моделиране и теоретично изследване на фотофизичните свойства на тези системи. Прилагането на подбрани теоретични методи подходящи за изучаване на фотофизиката на лантанидни комплекси и лиганди-хромофори е от ключово значение за разработване на ефективни оптични системи.
Проектът развива методи на функционализиране с 1,10-фенантролин на дотирани с Eu3+ зол-гелни SiO2 микрокомпозити, както и на гранулирани нанопорьозни аерогелни материали на базата на SiO2, с цел получаване на луминесцентни хибридни системи с контролирани оптични свойства и висок квантов добив. Получени са комплекси на европий, тербий и холмий с 1,10 – фенантролин и техните абсорбционни спектри в разтвор и в SiO2 гелове за пръв път ще се изследват при повишена температура, до 50оС.
Теоретичното изследване на лантанид-базираните материали ще следва концепцията «отдолу-нагоре» - от моделни лантанидни комплекси с подходящи лиганди-хромофори към комплексни системи включващи и фрагменти на SiO2 матрица, изграждащи реалния материал. Ще се изследват процесите на абсорбция, пренос на енергия и заряд (недостъпни за експеримента) и емисия. Целта на изследването е да се изяснят ролята на хромофора и обкръжението на матрицата върху луминесцентните свойства на лантанид-базираните системи, както и факторите (молекулни характеристики от квантовохимична гледна точка) за ефективен пренос на енергия във възбудено състояние и висок луминесцентен квантов добив. Ще се прилагат точни ab initio методи като RI-ADC(2), както и методи развити на базата на теорията на функционала на плътността, DFT/TD-DFT. Ще бъде разработен и тестван изчислителен протокол за теоретично изследване на луминесцентните свойства на експериментално охарактеризираните лантанидни системи с прилагане на програмен пакет LUMPAC.
Комбинираният изследователски подход при изучаване на фотовъзбудените процеси с пренос на енергия/или заряд ще доведе до по-задълбочено разбиране на фотофизичните свойства на лантанидните комплекси и ще засили предсказателната сила на теорията. Получените резултати и зависимости ще се използват за обясняване, предсказване и оптимизиране на функционалността на нови оптични материали.