|
|
Dynamic Processes in Porous Nanomaterials: Adsorption and Diffusion
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Heard, Christopher James (oponent) ; Čičmanec, Pavel (oponent)
Dynamické procesy v porézních materiálech (adsorpce, difúze, separace) jsou klíčem mnoha průmyslových aplikací. Modelování těchto procesů poskytuje atomistický pohled na adsorpci a difúzi a přináší tak informace, které je obtížné získat pomocí současných experimentálních metod. Teorie tak umožňuje hlubší pochopení těchto jevů, je schopna popsat mechanismy či pomoci při hledání nových materiálů pro konkrétní využití v praxi. V této práci jsou dynamické procesy v porézních materiálech modelovány za použití silových polí a ab initio metod. Na souboru dat s vysokou relevancí k potenciálním aplikacím jsou důkladně prozkoumány dva konkrétní problémy: (i) vysoká citlivost výsledků simulací na geometrii materiálu a (ii) přesnost popisu povrchu potenciální energie. Co se týče popisu struktury, spolehlivost teoretických předpovědí má stále své hranice, a to navzdory podstatnému zvýšení výpočetní síly a vývoji nových algoritmů. Slabiny jednotlivých výpočetních metod jsou v této práci popsány a analyzovány. Často používané metody funkcionálů elektronové hustoty trpí různými problémy, např. nesoulad mezi semi-lokálním funkcionálem (GGA) a disperzními korekcemi může vést k poměrně zásadnímu selhání při popisu struktury zeolitů. Kromě toho je diskutován vliv symetrie na výsledky simulací a spolehlivost struktur...
|
|
|
Nonlocal correlation in density functional theory
Hermann, Jan ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Fišer, Jiří (oponent)
Van der Waalsovské (vdW) interakce, též disperzní síly, jsou klíčové v mnoha chemick- ých, fyzikálních a biologických procesech a přitahují pozornost mnoha vývojářů metod založených na teorii funkcionálu hustoty (DFT). Nejčastěji používaná neem- pirická DFT metoda pro popis vdW interakcí je vdW funkcionál hustoty Diona a kol. (vdW-DF). Navzdory jeho úspěchu, vdW-DF neposkytuje dostatečnou přesnost v mnoha chemických aplikacích. V této práci zkoumáme dva možné způsoby jak zlepšit přesnost vdW-DF. Za prvé, optimalizujeme jediný částečně volný parametr vdW-DF pro několik semi-lokálních funkcionálů. Na testovací S databázi je revPBE nejlepším kandidátem, s jehož použitím se chyba snižuje z . % na . %. Za druhé, představujeme systémově speci cké ale velmi přesné (∼ . kcal/mol) DFT korekční schéma, které lze použít k precizním výpočtům interakcí mezi adsorbentem a adsor- bátem. Schéma kombinuje vdW-DF a empirické korekční schéma DFT/CC. Tento nový přístup testujeme na malých molekulách (CH , CO , H , H O, N ) interagující s povrchem křemenu a s lamelou zeolitu UTL. Vysoká přesnost našeho schématu a relativní snadnost jeho použití ve srovnání se starším DFT/CC schématem nabízejí přímočaré řešení pro získání spolehlivých předpovědí adsorpčních energií.
|
|
|
Modeling of bio-inorganic interfaces
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Nachtigall, Petr (oponent)
Detailní atomistický popis bioanorganických rozhraní zahrnující dynamický pohled je jednou z výzev současné výpočetní chemie. Analýza procesů na rozhraní mezi biomolekulami a anorganickým materiálem může pomoci našemu porozumění nejrůznějších procesů, chromatografií a separací proteinů počínaje a imobilizací proteinů a efektem na konformační stabilitu proteinů konče. Složitost bioanorganických rozhraní bohužel brání rozsáhlejšímu nasazení nejpřesnějších metod výpočetní chemie. Vzhledem k tomu, že kvalitní empirické potenciály pro tyto systémy nejsou k dispozici, je naším cílem tyto potenciály vyvinout a s tím i obecnou metodologii pro jejich vývoj. Parametrizace těchto potenciálů byla provedena automatizovaným postupem, přičemž vzorkování struktur bylo založeno na simulacích molekulové dynamiky. Výsledné potenciály byly použity na zkoumání konformačních závislostí polypeptidů interagujících s anorganickými materiály.
|
|
|
Modelování ADOR syntézy nových zeolitů
Trachta, Michal ; Bludský, Ota (vedoucí práce) ; Nachtigall, Petr (oponent)
Zeolity jsou materiály s širokým uplatněním v průmyslu. Jsou schopny katalyzovat nejrůznější reakce, stejně tak mohou být použity jako molekulová síta nebo adsorbenty. Řízený design zeolitů je důležitým cílem chemiků, úplná kontrola nad porézností a složením zeolitů může vést k vývoji optimálních materiálů pro dané použití. V nedávné době byla navržena a úspěšně aplikována nová strategie syntézy zeolitů. Tato strategie, nazývaná ADOR proces, může vést k syntéze mnoha nových materiálů s definovanou strukturou a porézností. V této práci jsou zkoumány struktury hypotetických zeolitů, k jejichž syntéze by ADOR proces mohl vést, a je zde brána v potaz realizovatelnost jejich syntézy. Syntéza zeolitů z lamelárních prekurzorů, která je základem ADOR procesu, se tak může v budoucnu stát široce rozšířenou technikou. Klíčová slova: ADOR proces, hypotetické zeolity, teoretický výzkum
|
|
|
Studium biologicky relevantních systémů v elektronicky excitovaných stavech
Zámečníková, Martina ; Soldán, Pavel (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent) ; Nachtigallová, Dana (oponent)
Dynamika excitovaných stavů izolovaných bází nukleových kyselin je charakteri- zována velmi krátkou dobou života, v řádu pikosekund, zajišťující fotostabilitu ge- netického kódu. V molekule nukleových kyselin spolu báze mohou interagovat po- mocí patrových interakcí (v rámci jednoho řetězce) nebo vodíkových vazeb (v rámci sousedních řetězců), což výrazně prodlužuje dobu života excitovaných stavů (v řádu nanosekund). Charakter těchto interakcí není dosud zcela objasněn, předpokládá se, že výrazně závisí na typu excitovaného stavu (π → π∗ ). Cílem práce bylo studovat dynamiku excitovaných stavů dimeru N-methylformamidu v komplexu s molekulami vody v excitovaných stavech n → π∗ charakteru. K tomu byla použita neadiabatická "surface hopping" dynamická studie používající multi-referenční popis k výpočtu hyperploch potenciální energie a neadiabatických spřažení. Výsledky ukazují, že ve vertikální oblasti delokalizovaná excitace v S2 stavu se během několika desítek fem- tosekund relaxuje do S1 stavu a lokalizuje na jednom monomeru. Během průběhu dynamiky charakter stavu osciluje mezi lokalizovaným a delokalizovaným. Srovnání s výsledky získanými pro dimery bez přítomnosti vody ukazuje, že hlavním činitelem, který...
|
|
| |
|
|
Potential energy surface of the HeNO+complex
Vranková, Veronika ; Soldán, Pavel (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent)
V tejto práci sme sa zaoberali konštrukciou plochy potenciálnej energie molekulárneho komplexu HeNO + z poskytnutých ab initio dát. Ako prvé sme odvodili kvali- tatívne korektný výraz pre interakčný Hamiltonián komplexu HeNO + pre ve©ké intermolekulárne vzdialenosti. Rozhodli sme sa pracova' v multipólovej aprox- imácii, ktorú je možné použi' práve pri ve©kých intermolekulárnych vzdialenos- tiach. Pre multipólový rozvoj sme použili formuláciu kartézskych tenzorov. Takýto interakčný Hamiltonián bol následne použitý ako porucha systému v poruchovej teórii intermolekulárnych síl, z ktorej sme odvodlili výraz pre elektro- statickú, indukčnú a disperznú energiu. Tento záver bol potrebný pre konštruk- ciu korektného reprodukčného jadra pre 1D RKHS interpoláčnú a extrapolačnú procedúru, ktorú sme skombinovali s Gaussovou-Legendrovou kvadratúrou. Napísali sme program v jazyku Fortran90, ktorý prislúcha našim teoretickým výsledkom a ktorého výstupom sú hodnoty interakčného potenciálu na vopred zvolených súradniciach. Taktiež sme určili globálne minimum a sedlové body plochy po- tenciálnej energie HeNO + komplexu. 1
|
|
| |
|
| |
|
|
Theoretical investigation of microporous materials for adsorption and catalysis
Položij, Miroslav ; Nachtigall, Petr (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent) ; Cwiklik, Lukasz (oponent)
Teoretické studium mikroporézních materiálů pro využití v adsorpci a katalýze Mikroporézní materiály jsou definovány přítomností pórů s průměrem menším než 2 nm. Do této skupiny spadají rozličné materiály, počínaje amorfními materiály a konče dobře definovanými krystalickými materiály, jako jsou zeolity nebo "metal organic frameworks" (MOF, organokovové krystalické polymery). Mikroporézní materiály jsou velmi významné pro průmysl, kde jsou využívány pro adsorpci, jako molekulová síta nebo jako heterogenní katalyzátory. Nejdůležitější skupinou mikroporézních materiálů jsou zeolity, které jsou využívány jako katalyzátory pro krakování ropy. Využití zeolitů v katalýze je omezeno malým průměrem pórů, které tak nejsou přístupné pro větší molekuly. Toto omezení lze obejít použitím hierarchických zeolitů obsahujících mezopóry, díky kterým mají výrazně lepší difúzní vlastnosti. Cíle této práce lze rozdělit na dvě části. V první části byla studována struktura vrstevnatých a hierarchických zeolitů s cílem identifikovat strukturu nových materiálů a vytvořit spolehlivé teoretické modely pro studium hierarchických zeolitů. V druhé části práce byly studovány katalytické vlastnosti několika mikroporézních materiálů. Výsledky této práce byly použity pro identifikaci struktury řady materiálů, včetně zeolitu SAZ-1,...
|
host ::
RSS.