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.

• 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:

1.   08-02-05045-б Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 02, 03, 07. 2008 -2008  
2.   08-03-00534-а Эффекты внутримолекулярной реорганизации донорно-акцепторных комплексов в динамике сверхбыстрой рекомбинации заряда. 2008 -2010  
3.   09-02-99500-р_б Развитие МТБ для проведения исследований в областях знаний 02, 03, 07. 2009 -2009  
4.   10-03-97007-р_поволжье_а Динамика сверхбыстрых фотохимических процессов в донорно-акцепторных комплексах. 2010 -2011  
5.   11-03-00736-а Микроскопические механизмы быстрых реакций переноса заряда и их спектральные проявления. 2011 -2013  
6.   13-03-97062-р_поволжье_а Спектральная динамика и микроскопические механизмы сверхбыстрых фотохимических реакций. 2013-2014.
7.  14-03-97044-р_поволжье_а Сверхбыстрая динамика переноса электрона в супрамолекулярных наноразмерных структурах. 2014-2015
8.  14-03-00261 Механизмы влияния возбужденных состояний внутримолекулярных колебательных мод на кинетику фотоиндуцированного переноса электрона. 2014-2016.

2 госконтракта Минобрнауки на проведение научных исследований.

1. № 14.740.11.0374 от 20 сентября 2010 г. , Шифр заявки «2010-1.1-133-133-007» по теме:  Сверхбыстрые фотохимические процесс
2. № 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

1. 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).
2. A.I. Burshtein, A.I. Ivanov. Diffusion Affected Magnetic Field Effect in Exciplex Fluorescence. J. Chem. Phys. 141, 024508-1-5, (2014).
3. 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).
4. 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).
5. 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.
6. 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.
7. 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).
8. 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).
9. 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).
10. 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).
11. 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).
12. 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).
13. 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).
14. 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. 
15. А.О. Кичигина, А.И. Иванов. Влияние инерционной компоненты релаксации среды на кинетику «горячих» переходов. Химическая Физика (РАН), 31, № 3, 3-8 (2012).
16. В.А. Михайлова,  А.И. Иванов. Пертурбативный анализ вероятности нетермического переноса электрона. Химическая Физика (РАН), 31, № 1, 7-17 (2012).
17. 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).
18. 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).
19. 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.
20. 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).
21. А.И. Иванов, В.А. Михайлова. Кинетика быстрых фотохимических реакций разделения и рекомбинации зарядов. Успехи химии, 79, N 12, 1139-1163 (2010).
22. 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).
23. 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).
24. 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).