奥尔登堡大学 高性能计算集群“卡尔”通过广泛的计算帮助破译了分子的行为
学分:丹尼尔·施密特/奥尔登堡大学 分子催化剂——像酶一样可以引发或加速某些化学反应的分子——是如何起作用的，它们有什么作用？奥尔登堡大学的一组化学家使用一种功能类似分子纳米电池的模型分子，已经接近答案
它由几个钛中心组成，这些钛中心通过一层相互连接的碳和氮原子相互连接
这个由七名成员组成的研究小组最近公布了他们的发现，这些发现结合了三个多年博士学位的结果
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化学物理化学的研究项目
物理化学和化学物理杂志在其封面上刊登了奥尔登堡的基础研究
为了更好地理解分子是如何工作的，由第一作者Dr
亚历山大·马尔科维奇和卢卡·格哈德以及相应的作者
医生
冈瑟·威特斯托克(Gunther Wittstock)进行了电化学和光谱实验，并使用该大学的高性能计算集群进行计算
威特斯托克把这篇论文的发表看作是两个研究培训小组的“成功故事”
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为大学的计算集群开展了项目
“如果没有高性能的计算基础设施，我们将无法执行破译分子行为所需的大量计算，”威特斯托克说
“这强调了这种计算集群对于当前研究的重要性
" 在这篇论文中，作者展示了他们对分子结构的分析结果，其原型是奥尔登堡大学化学系在2006年首次报道的意外化学反应的结果
它是一种高度复杂的分子结构，其中三个钛中心(在高中课程中通常称为钛离子)通过由碳和氮组成的桥配体相互连接
除其他原因外，这种化合物有望通过金属中心之间的电子交换来接受和释放几个电子
奥尔登堡大学正在研究的分子结构
钛以红色显示，氮以蓝色显示，碳以灰色显示
分子的基本体被突出显示，而氢原子被隐藏以简化
学分:图形:鲁迪格·贝克豪斯/奥尔登堡大学 获得对这些过程的正确理解不仅对基础研究特别有意义，而且对触发或加速不止一个电子转移的重要反应也特别有意义
这种反应仍然是技术系统中的一个主要挑战，对此仍然没有令人满意的解决方案
“目前许多努力都集中在这个目标上，”威特斯托克说
他解释说，燃料电池技术就是一个例子，它需要同时将四个电子转移到一个氧分子上，以实现从氢到氧的电子流
“这种多电子反应在化学生产中也有节约材料或能源的巨大潜力
" 正在研究的分子结构(钛显示为红色，氮显示为蓝色，碳显示为灰色)
分子的基本体被突出显示，而氢原子被隐藏以简化
学分:鲁迪格·贝克豪斯/奥尔登堡大学 由桥配体和钛中心组成的模型分子化合物是特别设计的，以帮助科学家详细了解具有几个金属中心的化合物是如何接受和释放电子的
科学家们通过光激发分子，根据接受和释放的电子数量，分子对光的反应不同
不幸的是，2006年制造的分子被证明在大多数溶剂中溶解性很差，因此很难研究
使用化学合成，博士
该论文的合著者皮娅·桑德(Pia Sander)在该化合物中添加了类似螺旋桨的分子图案，以提高其溶解性
这为马尔科维奇的实验提供了基础，该实验揭示了模型化合物可以接受总共三个电子或释放六个电子——对于单个分子来说，这是一个异常高的容量
在每一个反应中，不仅分子的可见颜色会改变，而且人眼不可见的光谱范围内的光的吸收也会改变
然而，最初，分子中不同电子数的精确变化不能根据这些光谱范围来确定
这就是卢卡·格哈德斯和大学的计算集群发挥作用的地方
虽然常见的解释是基于这样的前提，即在光激发的每个跃迁中，只有单个电子的能量发生变化，但合著者格哈德斯在他的量子化学方程中避免了这些简化的假设
这使得计算更加复杂，并使高性能计算集群忙了几个月
最终，这个结果让所有相关人员大吃一惊:当光照射到研究中的分子时，几个电子同时改变了它们的能级
此外，这种电荷并不像预期的那样储存在钛中，而是主要储存在桥接配体中，即钛中心之间的“连接”
正如威特斯托克解释的那样，金属中心为电子储存提供了一个带正电的“框架”，就像“纳米电池”一样
这种模型分子——以及由此引申出的一整类类似化合物——已被证明是“一种储能材料的微小片段”
虽然目前还不能确定它们的全部潜力，但威特斯托克认为，这种带有分子电荷储存基序的“框架”可以成为多电子反应复杂分子催化剂的新设计元素
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