Έρευνα: Τομείς Ερευνητικής Δραστηριότητας

• Ακριβείς ab initio υπολογισμοί μικρών μορίων των μετάλλων μετάπτωσης.
• Υπερμοριακά συστήματα: Αιθέρες στέμματα, παράγωγα φουλερενίου, σύμπλοκα προρφυρινών, εγκλωβισμού μορίων σε ενώσεις κελιά.
• van der Waals συστήματα.
• Οργανικές αντιδράσεις, πορείες αντιδράσεων, κατάλυση
• Στερεά κατάσταση: Αλληλεπιδράσεις και προσρόφηση μορίων σε επιφάνειες, μαγνητικές δομές.
• Μοριακές λογικές πύλες, μοριακοί αισθητήρες, φωτοεπαγόμενη μεταφορά φορτίου.
• Ενώσεις με εφαρμογές στην Ιατρική/Φαρμακευτική Χημεία.
• Θεωρία

1. Ακριβείς ab initio υπολογισμοί μικρών μορίων έντονου πρακτικού ενδιαφέροντος, π.χ. ενώσεις μετάλλων μεταπτώσεως με εφαρμογές στα υλικά και σε βιολογικά συστήματα. Μελετάται η δομή, η φύση του χημικού δεσμού και ο τρόπος σχηματισμού του καθώς και οι ιδιότητες της θεμελιώδης κατάστασης και πολλών διηγερμένων καταστάσεων. Υπολογίζονται οι πλήρεις καμπύλες δυναμικής ενέργειας ή/και οι επιφάνειες δυναμικής ενέργειας των καταστάσεων. Ανάλογα με την περίπτωση κατασκευάζονται αδιαβατικές και διαβατικές καμπύλες δυναμικής ενέργειας. Επίσης, υπολογίζονται οι γεωμετρίες των καταστάσεων, οι ενέργειες δεσμού καθώς και ορισμένες φασματοσκοπικές σταθερές. Επιπλέον, γίνονται υπολογισμοί των σχετικιστικών επιδράσεων. [20, 58, 64]

2. Μελέτη Υπερμοριακών συστημάτων, Οργανικών ενώσεων, Αντιδράσεων και Υπολογισμός φασματοσκοπίας. Υπολογισμός ενδιαμέσων δομών στην οργανική σύνθεση και μελέτη διαφόρων πιθανών πορειών. Μελέτη της επίδρασης διαφορετικών υποκαταστατών και διαφορετικών διαλυτών στην πορεία της αντίδρασης. [49] Υπερμοριακή Χημεία: Μελέτη σταθερών δομών συμπλόκων αιθέρων στεμμάτων με υποκατεστημένα κατιόντα αμμωνίου. Υπολογισμός της γεωμετρίας και της ενέργειας δεσμού συμπλόκων υποκατεστημένων φουλερενίων με π-εκτεταμένα παράγωγα του τετραθειοφουλβαλενίου. Υπολογισμός φασμάτων. Μελετώνται σύμπλοκα τα οποία παρουσιάζουν μεταπτώσεις μεταφοράς φορτίου και είναι υποψήφια υλικά για οργανικά φωτοβολταϊκά. [34] Μελέτη της ενσωμάτωσης μορίων και διμερών σε ενώσεις κελιά. [36, 50] Η ενσωμάτωση προκαλεί αλλαγή στο φάσμα απορρόφησης των ενσωματωμένων μορίων δίνοντας τη δυνατότητα στο υπερμοριακό σύμπλοκο να χρησιμοποιηθεί ως μοριακός διακόπτης. [38] Μελέτη φωτοεπαγόμενης μεταφοράς φορτίου σε αισθητήρες οργανοφωσφορικών τοξικών αερίων. [56]

3. Μελέτη συστημάτων van der Waals με ab initio μεθοδολογίες, π.χ. συσσωματώματα (clusters) νερού και αλληλεπιδράσεις αυτών με οργανικά μόρια. Υπολογισμός σταθερών δομών, μεταβατικών καταστάσεων (transition states) καθώς και των μονοπατιών (paths) συνδέσεως των σταθερών δομών μέσω των μετασταθών καταστάσεων. Οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις παίζουν σημαντικό ρόλο σε πολλά χημικά και βιολογικά συστήματα, συνεπώς η μελέτη και η κατανόηση της φύσης των αλληλεπιδράσεων έχει μεγάλο ενδιαφέρον και χρησιμότητα. [7]

4. Μελέτη Οργανικών Αντιδράσεων. Υπολογισμός ενδιαμέσων δομών στην οργανική σύνθεση και μελέτη διαφόρων πιθανών πορειών. Μελέτη της επίδρασης διαφορετικών υποκαταστατών και διαφορετικών διαλυτών στην πορεία της αντίδρασης. [49]

5. Μελέτη στερεάς κατάστασης (υπολογισμός της ηλεκτρονικής δομής περιοδικών συστημάτων πχ οξειδίων μετάλλων μετάπτωσης, ΜgB2, υπεραγώγιμο υλικό σε χαμηλή θερμοκρασία) καθώς και μελέτη της προσρόφησης ατόμων και μορίων σε επιφάνειες Si (π.χ. νιτριδίων της ομάδος ΙΙΙΑ σε επιφάνεια Si(111)). Συγκεκριμένα μελετώνται διάφορες σταθερές δομές των προσροφημένων μορίων ή ατόμων, οι μεταβατικές καταστάσεις και οι πορείες που συνδέουν τις αντίστοιχες σταθερές δομές. Με αυτό τον τρόπο μελετάται η διάχυση στο Si. Πρέπει να σημειωθεί ότι τα υλικά αυτά είναι ημιαγωγοί με πολλά υποσχόμενες τεχνολογικές εφαρμογές στην μικροηλεκτρονική, νανο-υλικά και οπτική. [28] Μελέτη μαγνητικών νανοσωματιδίων. Μελετάται η μαγνητική συμπεριφορά τους σε ατομικό επίπεδο. Οι ιδιότητες των μαγνητικών νανοσωματιδίων βελτιστοποιούνται με σκοπό την χρήση τους στη βιοϊατρική και ως μέσα μαγνητικής αποθήκευσης και λογικής επεξεργασίας. [45]

6. 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, μοριακοί διακόπτες και μοριακοί αισθητήρες. 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. [54, 62]

7. Μελέτη ενώσεων με εφαρμογές στην Ιατρική/Φαρμακευτική Χημεία: Μελέτη ενώσεων με αντιφλεγμονώδεις ή αντιοξειδωτικές ιδιότητες. Μελετώνται οι δομές, οι φασματοσκοπικές ιδιότητές τους, η ενσωμάτωσή τους σε συστήματα μεταφοράς φαρμάκων. Υπάρχει συνεργασία με πειραματικές ομάδες. Τα αποτελέσματα ερμηνεύουν πειραματικά δεδομένα. [53] Αρωματικότητα φάσματα NMR: [63, 65]

8. Θεωρία. Εργασίες οι οποίες διαπραγματεύονται θέματα για τον σωστό υπολογισμό ιδιοτήτων (π.χ. διπολικής ροπής) ή σφαλμάτων που υπεισέρχονται στους υπολογισμούς και πώς λύνονται. [10, 21]

Πρόσφατες Δημοσιεύσεις

F.-Ur Rahman, D. Tzeli, I. Petsalakis, G. Theodorakopoulos, P. Ballester, J. Rebek, Jr., Y. Yu, "Chalcogen Bonding and Hydrophobic Effects Force Molecules into Small Spaces" J. Am. Chem. Soc. 142, 5876 (2020)
D. Tzeli, I. D. Petsalakis, G. Theodorakopoulos, F.-U. Rahman, P. Ballester, J. Rebek, Jr., Y. Yu, "Aromaticity and Chemical Bonding of Chalcogen-bonded capsules featuring enhanced magnetic anisotropy" ChemPhysChem 21, 2187 (2020)

Β) 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.
Η ένωση 1 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μοριακή λογική πύλη AND 3 εισόδων και οι ιδιότητες της εξαρτώνται από το είδος του διαλύτη.

D. Tzeli, I. D. Petsalakis, G. Theodorakopoulos, "The solvent effect on a styryl-bodipy derivative functioning as an AND molecular logic gate" Int. J. Quantum Chem. 120, e26181 (2020).



Γ) Δομή και φύση χημικού δεσμού. Η δημιουργία πολλαπλών δεσμών μεταξύ ατόμων είναι ένα από τα πιο βασικά θέματα της χημείας. Ο προσδιορισμός μορίων που περιέχουν πολλαπλούς δεσμούς περισσοτέρων των τριών, είναι πολύ σημαντικός και ακόμη περισσότερο, ο καθορισμός των απαραίτητων απαιτήσεων για την ύπαρξη τέτοιων δεσμών. Για τα στοιχεία της 2ης περιόδου η ύπαρξη διπλών και τριπλών δεσμών είναι συνηθισμένη, ενώ η ύπαρξη τετραπλών είναι πολύ σπάνια. Εδώ παρουσιάζουμε υψηλού επιπέδου θεωρητικούς υπολογισμούς για τα ισοηλεκτρονικά μόρια MX, δηλαδή, TcN, RuC, RhB, και PdBe, που δείχνουν ότι άτομα N, C, B and Be μπορούν να σχηματίσουν τετραπλούς δεσμούς με τα κατάλληλα στοιχεία.

D. Tzeli and I. N. Karapetsas, "Quadruple Bonding in the Ground and Low-Lying Excited States of the Diatomic Molecules TcN, RuC, RhB, and PdBe" J. Phys. Chem. A 124, 6667 (2020)
D. Tzeli, "Quadruple chemical bonding in the diatomic anions TcN^-, RuC^-, RhB^-, and PdBe^-" J. Comput. Chem. 42, xxxx (2021); 10.1002/jcc.26527.