Grant/Projek zakończony
Symulacje dynamiki molekularnej cieczy jonowych i ferrofluidów
Identyfikator grantu: PT00586
Kierownik projektu: Cezary Czaplewski
Uniwersytet Gdański
Wydział Chemii
Gdańsk
Data otwarcia: 2017-03-21
Data zakończenia: 2022-01-20
Streszczenie projektu
Ciecze jonowe to stopione sole o niskich temperaturach topnienia. W przeciwieństwie do cieczy zbudowanych z obojętnych cząsteczek chemicznych ciecze jonowe składają się wyłącznie z jonów, zazwyczaj z dużego niesymetrycznego organicznego kationu i małego nieorganicznego anionu. Pierwszą zsyntetyzowaną cieczą jonową był azotan etyloamoniowy otrzymany w 1914 roku przez Paula Waldena, jednak duża aktywność badawcza związana z niskotemperaturowymi cieczami jonowymi to ostatnie 20 lat. Ciecze jonowe znajdują zastosowanie jako rozpuszczalniki w syntezie chemicznej, w procesach biokatalitycznych, jako elektrolity w bateriach, ogniwach słonecznych, termoogniwach. Ciecze jonowe charakteryzują się interesującymi i zróżnicowanymi właściwościami fizykochemicznym, ale najważniejszą zaletą cieczy jonowych jest możliwość sterowania ich właściwościami poprzez wybór kombinacji anion-kation.
Symulacje dynamiki molekularnej cieczy jonowych pozwalają na lepsze zrozumienie zależności pomiędzy ich strukturą molekularną a właściwościami fizykochemicznymi. W projekcie planujemy opracowanie metod parametryzacji pól siłowych oddających w jak najlepszym stopniu właściwości cieczy jonowych takie jak gęstość, lepkość, szybkość dyfuzji, przewodnictwo jonowe. W pierwszym etapie do parametryzacji zostanie wybrana grupa cieczy jonowych dobrze scharakteryzowana eksperymentalnie. Następnie symulacje z nowo opracowanym polem siłowym posłużą projektowaniu nowych cieczy jonowych o zadanych właściwościach fizykochemicznym.
Ferrofluidy to substancje o właściwościach zbliżonych do cieczy ale będące paramagnetykami i ulegające polaryzacji magnetycznej. Planujemy symulacje dynamiki molekularnej nanocząstek o właściwościach magnetycznych (np. nanocząstek tlenku żelaza Fe2O3) zawieszonych w cieczach jonowych.
Oba wątki projektu - symulacje cieczy jonowych, jak i ferrofluidów opartych o ciecze jonowe są częścią projektu MAGENTA finansowanego w ramach programu Horyzont 2020 a realizowanego na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. Celem projektu MAGENTA jest opracowanie nowych ogniw termoelektrycznych z wykorzystaniem cieczy jonowych i nanocząstek magnetycznych.
Symulacje dynamiki molekularnej cieczy jonowych pozwalają na lepsze zrozumienie zależności pomiędzy ich strukturą molekularną a właściwościami fizykochemicznymi. W projekcie planujemy opracowanie metod parametryzacji pól siłowych oddających w jak najlepszym stopniu właściwości cieczy jonowych takie jak gęstość, lepkość, szybkość dyfuzji, przewodnictwo jonowe. W pierwszym etapie do parametryzacji zostanie wybrana grupa cieczy jonowych dobrze scharakteryzowana eksperymentalnie. Następnie symulacje z nowo opracowanym polem siłowym posłużą projektowaniu nowych cieczy jonowych o zadanych właściwościach fizykochemicznym.
Ferrofluidy to substancje o właściwościach zbliżonych do cieczy ale będące paramagnetykami i ulegające polaryzacji magnetycznej. Planujemy symulacje dynamiki molekularnej nanocząstek o właściwościach magnetycznych (np. nanocząstek tlenku żelaza Fe2O3) zawieszonych w cieczach jonowych.
Oba wątki projektu - symulacje cieczy jonowych, jak i ferrofluidów opartych o ciecze jonowe są częścią projektu MAGENTA finansowanego w ramach programu Horyzont 2020 a realizowanego na Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. Celem projektu MAGENTA jest opracowanie nowych ogniw termoelektrycznych z wykorzystaniem cieczy jonowych i nanocząstek magnetycznych.
Publikacje
- A. Giełdoń, M. Bobrowski, A. Bielicka-Giełdoń, C. Czaplewski, Theoretical calculation of the physico-chemical properties of 1-butyl-4-methylpyridinium based ionic liquids, J.Mol.Liq. 225, (2017) 467-474
- C. Czaplewski, J. Brzeski, A. Giełdoń, M. Bobrowski, Molecular dynamics study ionic liquids: temperature dependence of ionic conductivity, Modeling and Design of Molecular Materials 24-28 czerwca, (2018) Polanica-Zdrój
- Izabela Giecewicz, Wyznaczenie potencjału średniej siły dla oddziaływań nanocząstek w cieczy jonowej na podstawie symulacji dynamiki molekularnej., Wydział Chemii, Uniwersytet Gdański, praca licencjacka wykonana pod opieką prof. C. Czaplewskiego -, (2020) 1-19
- Adam K. Sieradzan, Cezary Czaplewski, Aleksandra Bielicka-Giełdoń, Maciej Bobrowski, Artur Giełdoń, Theoretical investigation of the structural insights of the interactions of γ-Fe2O3 nanoparticle with (EMIM TFSI) ionic liquid, Journal of Molecular Liquids 340, (2021) 117198