Ερευνητικοί Τομείς και Πρόσφατες Δημοσιεύσεις
- Ηλεκτρική τάση που αναπτύσσεται σε επιφάνεια ψυχρού υποστρώματος κατά την απόθεση μορίων τολουολίου και ακετόνης.
- Πειραματικη διάταξη αποτελούμενη από θάλαμο κενού, ψυγείο πολύ χαμηλών θερμοκρασιών, παλλόμενο ηλεκ- τρόδιο Kelvin και φασματογράφο μάζας τετραπόλου.
1. Μοριακή Δομή-Φασματοσκοπία, μελέτη επιφανειών σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Η μελέτη των ιδιοτήτων της απόθεσης πολικών μορίων σε ψυχρά υποστρώματα οδηγεί στην δημιουργία στρωμάτων άμορφων στερεών τα οποία εμφανίζουν μεγάλες ηλεκτρικές τάσεις μεταξύ των επιφανειών τους. Λίγα εργαστήρια στον κόσμο έχουν ασχοληθεί με το φαινόμενο τα τελευταία 50 χρόνια, χωρίς να έχει δοθεί ακόμη φυσική ερμηνεία. Η μελέτη συμπληρώνεται από μετρήσεις στο υπέρυθρο.
Ι.K.Gavra, A. N. Pilidi, and A. A. Tsekouras, “Spontaneous polarization of vapor-deposited 1-butanol films and its dependence on temperature”, J. Chem. Phys. 146, 104701 (2017) 10.1063/1.4978239
A. N. Pilidi, I. K. Gavra, and A. A. Tsekouras, "Spontaneous Polarization of Cryo-Deposited Films for Five Normal Saturated Monohydroxy Alcohols, CnH2n+1OH, n = 1-5", J. Phys. Chem. B 123, 8505-8511 (2019) 10.1021/acs.jpcb.9b04978
G. M. Tourlakis, S. A. T. Adamopoulos, I. K. Gavra, A. A. Milpanis, L. F. Tsagri, A. S. G. Pachygianni, S. S. Chatzikokolis, and A. A. Tsekouras, Sign flipping of spontaneous polarization in vapour-deposited films of small polar organic molecules, Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 14352-14362 (2021) 10.1039/d1cp01584b
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
2. Οργανικά μόρια σε επιφάνειες
Διερευνούμε σε ατομικό επίπεδο μοριακές και υπερμοριακές χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε επιφάνειες σε υπερυψηλό κενό. Οι τρέχουσες μελέτες μας επικεντρώνονται στις ιδιότητες των μεμονωμένων ατόμων μετάλλων που φιλοξενούνται από πορφυρίνες σε στερεές επιφάνειες, στην πρόσδεση καρβενίων και στη νανοδόμηση επίπεδων καταλυτικών επιφανειών. Βασικό στοιχείο των ερευνών μας είναι η απεικόνιση με μικροσκόπια ατομικής δύναμης και σάρωσης σήραγγας των αντιδρώντων, των ενδιάμεσων προϊόντων και των προϊόντων των χημικών αντιδράσεων, σε συνδυασμό με μια σειρά φασματοσκοπικών αναλύσεων (συμπεριλαμβανομένων των φασματοσκοπίων ακτίνων Χ/UV και της φασματοσκοπίας εκρόφησης).
Rotation in an enantiospecific self-assembled array of molecular raffle wheels, D. Meier, A. Adak, P. Knecht, J. Reichert, S. Mondal, N. Suryadevara, K. S. Kumar, K. Eguchi, M. K. Muntwiler, F. Allegretti, M. Ruben, J. V. Barth, S. Narasimhan, A. C. Papageorgiou, Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 26932– 26938.
Assembly and manipulation of a prototypical N-heterocyclic carbene with a metalloporphyrin pedestal on a solid surface, P. Knecht, B. Zhang, J. Reichert, D. A. Duncan, M. Schwarz, F. Haag, P. T. P. Ryan, T.‑L. Lee, P. S. Deimel, P. Feulner, F. Allegretti, W. Auwärter, G. Médard, A. P. Seitsonen, J. V. Barth, A. C. Papageorgiou, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 4433–4439.
Conformational control of chemical reactivity for surface-confined Ru-porphyrins, P. Knecht, J. Reichert, P. S. Deimel, P. Feulner, F. Haag, F. Allegretti, M. Garnica, M. Schwarz, W. Auwärter, P. T. P. Ryan, T.-L. Lee, D. A. Duncan, A. P. Seitsonen, J. V. Barth, A. C. Papageorgiou, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 16561–16567.
-----------------------------------------------------------------------------------
3. Υποατομική Δομή, Προέλευση χημικών στοιχείων – Πυρηνική Χημεία και εφαρμογές.
Τα πειράματα στο Κύκλοτρο του Πανεπιστήμιου Α&Μ στο Τέξας και η μικροσκοπική δυναμική προσομοίωση της σχάσεως βαρέων πυρήνων προβλέπουν την εμφάνιση νέων ισότοπων πυρήνων πλούσιων σε νετρόνια για τον σχεδιασμό πυρηνικών αντιδραστήρων νέας γενεάς, αλλά και την κατανόηση της σύνθεσης χημικών στοιχείων μετά τον σίδηρο σε αστρικές εκρήξεις, όπως αυτή που παρατηρήθηκε πρόσφατα.
N. Vonta, G. A. Souliotis, M. Veselsky, and A. Bonasera. “Microscopic dynamical description of proton-induced fission with the constrained molecular dynamics model”, Phys. Rev. C 92, 024616 (2015). N. Vonta, G.A. Souliotis, et al; Phys. Rev. C 94, 064611 (2016) .
- Ενεργές Διατομές παραγωγής πυρήνων πλούσιων σε νετρόνια.
- Κύκλοτρο του Πανεπιστημίου Α&Μ, Τέξας, ΗΠΑ.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
4. Θερμοδυναμικές ιδιότητες – Διηλεκτρικές μετρήσεις.
Διερευνώνται η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και οι φυσικο-χημικές ιδιότητες νέων υπερμοριακών υλικών που παρουσιάζουν μεγάλο επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό των υλικών αυτών είναι οι ακτίνες Χ (PXRD), Θερμοσταθμική ανάλυση (TGA), Θερμική Ανάλυση (DSC) και Στοιχειακή Ανάλυση. Διερευνώνται η πρωτονιακή αγωγιμότητα, η διηλεκτρική πόλωση και τα διαγράμματα Cole-Cole σε ένα μεγάλο εύρος θερμοκρασιών (από -150ο έως +150οC).
Σε συνεργασία με τη Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ γίνεται διερεύνηση υπερμοριακών συστημάτων πολυμερών κυκλοδεξτρινών (Σχήμα) τα οποία επεκτείνουν ακόμη περισσότερο τις εφαρμογές των κυκλοδεξτρινών.
V.G. Charalampopoulos, J. C. Papaioannou, "Dipole relaxation and proton transport in polycrystalline γ-cyclodextrin hydrate: A dielectric spectroscopy study", Solid State Ionics, 191,1-11 (2011); P. K. Papaioannou, C.S. Karagianni, G. Kakali, V. Charalampopoulos, "Dielectric spectroscopy investigation of proton transfer processes in carboxymethyl alpha-cyclodextrin polymer cross-linked by epichlorohydrin", J. Phys. Chem. Solids 114, 246-254 (2018).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. Κβαντική Χημεία και Υπολογιστική Χημεία: δομή, Φασματοσκοπία, Αντιδράσεις, Υπερμοριακή Χημεία.
Mέσω κβαντικών υπολογισμών «πρώτων αρχών» με χρήση των πλέον προηγμένων υπολογιστικών προγραμμάτων στις μονάδες των ηλεκτρονικών υπολογιστών του Εργαστηρίου, πρόσφατα έχει προβλεφθεί ένας αριθμός νέων μορίων και έχουν μελετηθεί οι ιδιότητες των ενεργειακών τους καταστάσεων:
Εξηγήθηκε η ύπαρξη και η δομή του χημικού δεσμού μορίων του Βe αν και το άτομο έχει δομή ευγενούς αερίου.
Α. Kalemos, “The nature of the chemical bond in Be2+, Be2, Be2-, and Be3". J. Chem. Phys. 145, 214302 (2016).
- CCSD(T) (X1Σg+) και MRCI Καμπύλες Δυναμικής Ενέργειας για τις καταστάσεις του Be2.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Έχει προβλεφθεί η σταθερότητα και η δυνατότητα σύνθεσης των κατιόντων N2Cl+, N2Br+ και N2Ι+. Τα κατιόντα αυτά έχουν ενδιαφέρουσες εφαρμογές, όπως το N2F+ το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή του κατιόντος Ν5+ για πρώτη φορά.
Α. Papakondylis, “Theoretical Ab initio Study of the Series of N2X+ Cations with X = F, Cl, Br, and I. New Insights on the “Unusual” N2F+ Species”, J. Phys. Chem. A 120, 9660 (2016).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
- Καμπύλες Δυναμικής Ενέργειας του NiO+
Υπολογίστηκε η δομή του χημικού δεσμού σε πολυηλεκτρονιακό σύστημα του στοιχείου μεταπτώσεως Ni και του οξυγόνου, Ni-O.
C. Sakellaris and A. Mavridis, “First principles exploration of NiO and its ions NiO+ and NiO-” J. Chem. Phys. 138, 0504308 (2013).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Μελέτη ενσωμάτωσης μορίων σε ενώσεις κελιά. Μελέτη υπερμοριακών κελιών τα οποία σχηματίζονται με δεσμούς χαλκογόνων. Τα κελιά εγκλωβίζουν μόρια και επιδρούν στις ιδιότητες τους και το φάσμα τους.
F.-Ur Rahman, D. Tzeli, I. D. Petsalakis, G. Theodorakopoulos, P. Ballester, J. Rebek, Jr., Y. Yu, “Chalcogen Bonding and Hydrophobic Effects Force Molecules into Small Spaces” J. Am. Chem. Soc. 135, 5876 (2020)
D. Tzeli, I. D. Petsalakis, G. Theodorakopoulos, F.-U. Rahman, Y. Yu, J. Rebek, Jr., “The role of electric field, peripheral chains, and magnetic effects on significant 1H upfield shifts of the encapsulated molecules in chalocogen-bonded capsules” Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 19647 (2021)
Μελέτη μοριακών λογικών πυλών. Μελέτη της φασματοσκοπίας, μελέτη της θεμελιώδους και των διηγερμένων καταστάσεων μορίων ή μοριακών συστημάτων τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μοριακές λογικές πύλες ή μοριακοί διακόπτες. Πρόκειται για μόρια / μοριακά συστήματα τα οποία μπορούν να βρεθούν σε δύο διαφορετικές καταστάσεις, ιδιότητα που αποτελεί την αφετηρία για μια λειτουργία "on/off", σε μοριακό επίπεδο.
C. E. Tzeliou, D. Tzeli, “3-input AND molecular logic gate with enhanced fluorescence output: The key atom for the accurate prediction of the spectra” J. Chem. Inf. Model. 62, 6436 (2022)
Ακριβείς ab initio υπολογισμοί ενώσεων μετάλλων μεταπτώσεως τα οποία αποτελούν δομικά τμήματα υλικών (πχ. 2D-MoS2), συμπλόκων (πχ. Mo2Cl10) και βιολογικών συστημάτων (πχ. νιτρογενάση).
Υπολογισμός καταλυτικών αντιδράσων.
Μελέτη φασμάτων και μαγνητικών ιδιοτήτων συμπλόκων μετάλλων μετάπτωσης.
D. Tzeli, S. Raugei, S. S. Xantheas, “Quantitative Account of the Bonding Properties of a Rubredoxin Model Complex [Fe(SCH3)4]q, q = -2, -1, +2, +3” J. Chem. Theory Comput. 17, 6080 (2021)
D. Tzeli, “Quadruple chemical bonding in the diatomic anions TcN¯, RuC¯, RhB¯, and PdBe¯” J. Comput. Chem. 42, 1126 (2021).
D. Tzeli, I. Karapetsas, D. M. Merriles, J. C. Ewigleben, and M. D. Morse, “The molybdenum-sulfur bond: Electronic structure of low-lying states of MoS” J. Phys. Chem. A 126, 1168 (2022)
C. Mejuto-Zaera, D. Tzeli, D. Williams-Young, N. M. Tubman, M. Matoušek, J. Brabec, L. Veis, S. S. Xantheas, W. A. de Jong, “The Effect of Geometry, Spin and Orbital Optimization in Achieving Accurate, Correlated Results for Iron-Sulfur Cubanes” J. Chem. Theory Comput. 18, 687-702 (2022)
T. Depastas, A. Androutsopoulos, D. Tzeli “Analysis of chemical bonding of the ground and low-lying states of Mo2 and of Mo2Clx complexes, x=2-10.” J. Chem. Phys. 157, 054302 (2022)
E. Ferentinos, D. Tzeli, S. Sottini, E. J. J. Groenen, M. Ozerov, G. Poneti, K. Kaniewska-Laskowska, J. Krzystek, P. Kyritsis "Magnetic anisotropy and structural flexibility in the field-induced single ion magnets [Co{(OPPh2)(EPPh2)N}2], E = S, Se, explored by experimental and computational methods" Dalton Transactions 52, 2036 (2023)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
6. Στατιστική Μηχανική - Θερμοδυναμική και Μοριακές Προσομοιώσεις. Ανάπτυξη κώδικα και εφαρμογών.
Η ανάπτυξη υπερυπολογιστικών κέντρων στην Ευρώπη και την Ελλάδα μας έδωσε τη δυνατότητα αναπαραγωγής των ιδιοτήτων μιας ποσότητας της ύλης μέσω της στατιστικής μηχανική:
Με την ανάπτυξη μεθόδου μοριακής δυναμικής προσομοίωσης εκτός ισορροπίας και τη σύνταξη αντίστοιχου υπολογιστικού κώδικα με το όνομα MD2SF, έχει μελετηθεί η δυναμική συμπεριφορά εύκαμπτων μεγαλομορίων και πεπτιδίων κατά την κίνησή τους εντός ηλεκτρικού πεδίου. Μέσω της τεχνικής ερμηνεύονται τα αποτελέσματα της φασματομετρίας ιοντικής ευκινησίας, καθώς τα διαμορφομερή εξαρτώνται από την θερμοκρασία.
Iraklis Litinas and Andreas D. Koutselos. “Molecular Dynamics Simulation for the Dynamics and Kinetics of Folding Peptides in the Gas Phase”, J. Phys. Chem. A, 119, 12935−12944 (2015); J. Mol. Liq. 245, 115 (2017).
- Πεπτιδικό ιόν Ac-A14KG3A14K+2H(+)
- Ενδομοριακό δυναμικό σε συνάρτηση της γωνίας κάμψης εύκαμπτου πεπτιδίου.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Εξετάστηκε η αλληλεπίδραση Νανοσωλήνων SiCT μέσω Μοριακής Δυναμικής Προσομοίωσης με την περιοχή της χοληστερίνης που εντοπίζεται στην ενδοθηλιακή πρωτεΐνη 1LQV. Τα αποτελέσματα της μελέτης είναι χρήσιμα για την διερεύνηση της δυνατότητας απομάκρυνσης της πλεονάζουσας χοληστερίνης από τον οργανισμό.
P. Raczynski, K. Gorny, J. Samios, and Z. Gburski. “Interaction Between Silicon−Carbide Nanotube and Cholesterol Domain. A Molecular Dynamics Simulation Study”. J. Phys. Chem. C 118, 30115, (2014).
- Διάφοροι προσανατολισμοί του SiCT σε σχέση με την περιοχή της Χοληστερίνης.
- Επίδραση νανοσωλήνα στην περιοχή της χoληστερίνης στην επιφάνεια ενδοθηλιακής πρωτεϊνης 1LQV.
==================================================================================================