Научно-образовательный центр (НОЦ) «Химическая физика»
Основан приказом ректора ВолГУ О.В.Иншакова № 01-23-261 от 29.04.2009 г.
Положение о Научно-образовательном центре (НОЦ) Химическая физика
НОЦ «Химическая физика» является организационной формой интеграции и координации учебной, научной и инновационной деятельности подразделений ВолГУ, включая международную деятельность и популяризацию научных знаний в области астрофизики.
Основные цели НОЦ:
- повышение эффективности и качества научно-исследовательских работ, подготовки научных и научно-педагогических кадров в области химической физики;
- привлечение молодежи в сферы науки, образования и инноваций.
Основными задачами НОЦ являются:
- проведение научных исследований и разработок в области химической физики;
- приобщение преподавателей и обучающихся к научным исследованиям, проводимым в НОЦ;
- привлечение специалистов из организаций-партнеров к чтению спецкурсов и руководству курсовыми и выпускными работами, практикой студентов и стажировкой аспирантов на условиях, определяемых отдельными договорами;
- обеспечение взаимодействия фундаментальной и прикладной науки с образовательным процессом, включая использование результатов совместных научно-исследовательских работ в лекционных курсах, экспериментальной базы в для выполнения учебно-исследовательских, лабораторных работах, выпускных квалификационных работах студентов, диссертационных исследований аспирантов, преподавателей и сотрудников ВолГУ
- эффективное использование имеющейся научной, кадровой, опытно-экспериментальной и приборной базы в исследовательском и учебном процессах по профилю НОЦ;
- создание условий для развития внутрироссийской мобильности научных и научно-педагогических кадров, достижение молодыми исследователями уровня квалификации, позволяющего быть конкурентноспособными на рынке научных исследований;
- осуществление международного сотрудничества в области химической физики путем выполнения контрактов, участия НОЦ в работе международных конференций, организация международного обмена сотрудниками, студентами и молодыми учеными с профильными университетами и академическими институтами, международными научными и образовательными организациями и фондами;
- повышение уровня учебно-методической работы путем создания новых учебных программ, учебников, учебных и методических пособий, в том числе на электронных носителях;
- содействие внедрению в практику полученных результатов научных исследований и разработок;
- привлечение к выполнению НИР студентов, аспирантов и молодых ученых, формирование у них навыков проектного и инновационного менеджмента, опыта работы в проектных командах;
- популяризация научных знаний и довузовская профориентационная работа, проведение школьных, вузовских олимпиад, научных конференций студентов и аспирантов, разработка и практическая реализация мер по мотивации талантливой молодежи для профессиональной деятельности в области химической физики.Научный коллектив включает профессоров и доцентов различных кафедр ВолГУ, из которых 4 доктора физико-математических наук и 4 кандидата физико-математических наук, а также аспирантов и магистрантов.
С 2003 г. проводится набор на обучение в магистерскую программу «Физика. Физика конденсированного состояния вещества» в рамках направления «Физика». Количество обучающихся в академической группе составляет обычно от 2 до 5 студентов. Формой и методом проведения научных исследований в научно-образовательном центре являются теоретический анализ и компьютерный эксперимент. Для проведения расчетов используются современные многопроцессорные ЭВМ. В арсенале вычислительных средств - 40-ядерный минисуперкомпьютер и несколько рабочих станций.
Основные направления исследований:
- сверхбыстрые фотохимические процессы в растворах;
- влияние спектральных характеристик возбуждающих лазерных импульсов на динамику фотохимических процессов;
- фотоиндуцированный перенос электрона;
- физические основы функционирования устройств молекулярной электроники;
- молекулярные переключатели, сенсоры.
- компьютерное моделирование в физике.
Научные исследования выполняются в рамках проектов, поддержанных грантами и контрактами научных фондов и Минобрнауки РФ. За период 2009-2014 получено:
- 08-02-05045-б Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 02, 03, 07. 2008 -2008
- 08-03-00534-а Эффекты внутримолекулярной реорганизации донорно-акцепторных комплексов в динамике сверхбыстрой рекомбинации заряда. 2008 -2010
- 09-02-99500-р_б Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 02, 03, 07. 2009 -2009
- 10-03-97007-р_поволжье_а Динамика сверхбыстрых фотохимических процессов в донорно-акцепторных комплексах. 2010 -2011
- 11-03-00736-а Микроскопические механизмы быстрых реакций переноса заряда и их спектральные проявления. 2011 -2013
- 13-03-97062-р_поволжье_а Спектральная динамика и микроскопические механизмы сверхбыстрых фотохимических реакций. 2013-2014.
- 14-03-97044-р_поволжье_а Сверхбыстрая динамика переноса электрона в супрамолекулярных наноразмерных структурах. 2014-2015
- 14-03-00261 Механизмы влияния возбужденных состояний внутримолекулярных колебательных мод на кинетику фотоиндуцированного переноса электрона. 2014-2016.
2 госконтракта Минобрнауки на проведение научных исследований.
- № 14.740.11.0374 от 20 сентября 2010 г. , Шифр заявки «2010-1.1-133-133-007» по теме: Сверхбыстрые фотохимические процесс
- № П1145 от 27 августа 2009 г.Сверхбыстрые фотохимические процессы разделения и рекомбинации заряда.
Наиболее значимые результаты научной деятельности, полученные членами НОЦ
Разработана теория, на основании которой рассчитаны спектры нестационарной флуоресценции, выжженных спектральных провалов и спектры нестационарного поглощения бетаина-30 и донорно-акцепторными комплексами, состоящих из метил замещенных бензолов и тетрацианэтилена. Разработан программный комплекс (Charge Separation-Recombination Dynamics) для численного расчета эволюции возбужденного состояния молекулярной системы и спектров нестационарного поглощения в рамках обобщенной стохастической модели переноса электрона. Адекватность разработанной многоканальной стохастической модели подтверждена количественным описанием кинетики разделения и рекомбинации зарядов на примере ряда донорно-акцепторных комплексов. Установлено, что основной причиной низкого выхода термализованного состояния с разделенными зарядами в процессах фотоиндуцированного переноса электрона из второго возбужденного состояния Zn-порфирина является эффективная горячая рекомбинация в его первое возбужденное состояние. Сформулированы принципы управления динамикой химических превращений в донорно-акцепторных системах и разработаны рекомендации по созданию молекулярных переключателей с заданными динамическими свойствами. Показано, что растворо-контролируемый режим может реализовываться в нормальной маркусовской области, а в инвертированной области он почти полностью подавляется реорганизацией высокочастотных колебательных мод. Установлено, что динамические свойства растворителя проявляются не только в зависимости скорости переноса электрона от времени релаксации среды, но и в законе энергетической щели, сдвигая положение максимума эффективной константы скорости в область более сильной экзергоничности реакции. Установлен механизм U-образной зависимости константы скорости фотоиндуцированного внутримолекулярного переноса электрона из первого возбужденного состояния от температуры в молекулярной системе цинк-порфирин-мостик-хинон в растворе 2-метилтетрагидрофурана. Выявлен механизм двугорбой кинетики населенности состояния с разделенными зарядами в Zn(II)-порфирин-нафталинимиде в растворе диметилформамида, в реакциях фотоиндуцированного переноса электрона из второго возбужденного состояния. 2) Выявленные закономерности протекания сверхбыстрых фотохимических процессов и сформулированные принципы управления ими могут быть использованы для анализа экспериментальных данных и планирования экспериментов, а так же для разработки молекулярных систем, способных функционировать в качестве элементов электроники.3) Впервые сформулированы принципы управления динамикой химических превращений в донорно-акцепторных системах и разработаны рекомендации по созданию молекулярных переключателей с заданными динамическими свойствами. 4) В современной литературе реакции, включающие горячие стадии, описываются феноменологически. В рамках проекта разработана микроскопическая теория, количественно описывающая реакции с горячими стадиями.
Наиболее значимые публикации НОЦ
- S.V. Feskov, A.I. Burshtein, A.I. Ivanov. Magnetic Field Effects in Fluorescence of Exciplex and Fluorophore for the Weller Schemes I and II: Similarities and Differences. J. Phys. Chem. С, 118, 21365-21376 (2014).
- A.I. Burshtein, A.I. Ivanov. Diffusion Affected Magnetic Field Effect in Exciplex Fluorescence. J. Chem. Phys. 141, 024508-1-5, (2014).
- М.В. Рогозина, В.Н. Ионкин, А.И. Иванов. Кинетика фотоиндуцированного внутримолекулярного переноса электрона из второго возбужденного состояния в производных цинк-порфирина и последующей рекомбинации зарядов. Химическая физика (РАН), 33, №4, 3-10 (2014).
- S.V. Feskov, A.I. Ivanov. Efficiency of Intramolecular Charge Separation from the Second Excited State: Suppression of the Hot Charge Recombination by Electron Transfer to the Secondary Acceptor. J. Phys. Chem. A, 117, 11479-11489 (2013).
- A.O. Kichigina, V.N. Ionkin, A.I. Ivanov. U−Shaped Temperature Dependence of Rate Constant of Intramolecular Photoinduced Charge Separation in Zinc−Porphyrin−Bridge−Quinone Compounds. J. Phys. Chem. B, 117, 7426–7435 (2013) dx.doi.org/10.1021/jp404222a.
- M. V. Rogozina, V.N. Ionkin, A.I. Ivanov. Dynamics of Charge Separation from Second Excited State and Following Charge Recombination in Zinc–Porphyrin–acceptor Dyads. J. Phys. Chem. A, 117, 4564–4573 (2013), doi.org/10.1021/jp402734h.
- В.В. Юданов, В.А. Михайлова, А.И. Иванов. Проявление динамических свойств растворителя в реакциях переноса электрона. Химическая Физика (РАН), 32, № 5, 3-12 (2013).
- А.О. Кичигина, В.Н. Ионкин, А.И. Иванов. Температурная зависимость скорости фотоиндуцированного внутримолекулярного переноса электрона в системе Zn-порфирин-хинон. Ж. Физ. Химии (РАН), 87, №9, 1595-1601 (2013).
- D.V. Dodin, A.I. Ivanov, A.I. Burshtein. Hyperfine interaction mechanism of magnetic field effect in sequential fluorophore and exciplex fluorescence. J. Chem. Phys. 138, 124102-1-11, (2013).
- D.V. Dodin, A.I. Ivanov, A.I. Burshtein. Magnetic field effect in fluorescence of excited fluorophore equilibrated with exciplex that reversibly dissociates into radical-ion pair undergoing the spin conversion. J. Chem. Phys. 137, 024511-1-6, (2012).
- V.V. Yudanov, V.A. Mikhailova, A.I. Ivanov. Reorganization of Intramolecular High Frequency Vibrational Modes and Dynamic Solvent Effect in Electron Transfer Reactions. J. Phys. Chem. A, 116, 4010-4019, (2012).
- M.V. Rogozina, V.N. Ionkin, A.I. Ivanov. What Factors Control Product Yield in Charge Separation Reaction from Second Excited State in Zinc–Porphyrin Derivatives? J. Phys. Chem. A, 116, № 4, 1159–1167 (2012).
- R. G. Fedunov, A. I. Ivanov. Influence of spectral characteristics of the pump pulse on the transient absorption of donor–acceptor complexes in polar solvents. J. Rus. Laser Research, 33, 152-165, (2012).
- V.A. Mikhailova, S.V. Feskov, V.N. Ionkin, V.V. Yudanov, A.I. Ivanov. Nonequilibrium Ultrafast Charge Transfer Reactions in Photoexcited Donor-Acceptor Pairs. Chemistry for Sustainable Development. Eds. Ramasami, Gupta Bhowon, Jhaumeer-Laulloo, Li Kam Wah. Springer -2012, Ch. 19.
- А.О. Кичигина, А.И. Иванов. Влияние инерционной компоненты релаксации среды на кинетику «горячих» переходов. Химическая Физика (РАН), 31, № 3, 3-8 (2012).
- В.А. Михайлова, А.И. Иванов. Пертурбативный анализ вероятности нетермического переноса электрона. Химическая Физика (РАН), 31, № 1, 7-17 (2012).
- М.В. Рогозина, В.Н. Ионкин, А.И. Иванов. Влияние релаксации высокочастотных колебательных мод на кинетику разделения и рекомбинации зарядов. Ж. Физ. Химии (РАН), 86, №4, 667-674 (2012).
- S.V. Feskov, A.O. Kichigina, A.I. Ivanov. Kinetics of Nonequilibrium Electron Transfer in Photoexcited Ruthenium(II)−Cobalt(III) Complexes. J. Phys. Chem. A, 115, 1462–1471, (2011).
- В.А. Бабкин, Р.Г. Федунов, А.И. Иванов, С.П. Белоусов, Г.Е. Заиков. Квантово-химический расчет фтор- и кислородсодержащих окислителей реактивных топлив. (Монография) Изд. ВолГУ, Волгоград, 2010, 304 С.
- V.V. Yudanov, V.A. Mikhailova, A.I. Ivanov. Nonequilibrium Phenomena in Charge Recombination of Excited Donor-Acceptor Complexes and Free Energy Gap Law. J. Phys. Chem. A, 114, 12998-13004 (2010).
- А.И. Иванов, В.А. Михайлова. Кинетика быстрых фотохимических реакций разделения и рекомбинации зарядов. Успехи химии, 79, N 12, 1139-1163 (2010).
- V.N. Ionkin, A.I. Ivanov. Numerical simulations of ultrafast charge separation dynamics from second excited state of directly linked Zn-porphyrin-imide dyads and ensuing hot charge recombination into first excited state. J. Phys. Chem. A 113, 103-107, (2009).
- В.Н. Ионкин, А.И. Иванов, Э. Воте. Рекомбинация заряда в возбужденных донорно-акцепторных комплексах с двумя полосами поглощения. Ж. Физ. Химии (РАН), 83, №4, 791-797 (2009).
- V.N. Ionkin, A.I. Ivanov. Independence of the rate of the hot charge recombination in excited donor-acceptor complexes from the spectral density of high-frequency vibrations. Chem. Phys., 360, 137-140, (2009).