Характеристики межмолекулярных взаимодействий и термодинамические свойства систем, включающих глубокие эвтектические растворители

Цели исследования охватывают комплексное изучение закономерностей свойств и строения глубоких эвтектических растворителей (Deep Eutectic Solvents – DES), моделирование процессов с их участием на основе методов общей и неравновесной термодинамики, молекулярной динамики и квантовой химии. Постановка задач связана, с одной стороны, с необходимостью развития фундаментальных подходов к анализу во многом уникальных свойств DES, с другой стороны – с их востребованностью как новых материалов «зеленой химии». Указанная практическая направленность обосновывается как анализом мировой литературы, так и некоторыми последними работами исполнителей проекта, связанными с процессами технологий топливной и нефтехимической промышленности. Интерес к использованию DES в промышленности, безусловно, определяется не только их принадлежностью к материалам «зеленой химии», но и возможностью получения композиций, обладающих низкой токсичностью, что выгодно отличает DES от их аналогов (альтернативы) – ионных жидкостей. В то же время, расширение применения DES, как и поиск новых композиций, требует развития фундаментальных подходов к анализу их свойств. Новизна фундаментальной составляющей проекта определяется запланированным изучением закономерностей структуры DES методами молекулярной динамики и квантовой химии, получением новых данных экспериментальных данных о термодинамических характеристиках, в том числе, для создания и новых устойчивых композиций и прогнозирования их свойств. Основные планируемые работы: - Квантово-химическое и молекулярно-динамическое моделирования структурных и динамических свойств DES с ориентацией на оценку взаимодействий в системах, включающих DES, на атомно-молекулярном уровне. - Термодинамические свойства DES: зависимости от состава и физико-химических свойств компонентов, температуры эвтектики, новые подходы к термодинамическому моделированию, включая модификации моделей локального состава, привлечение расчётных данных неэмпирической молекулярной динамики. - Экспериментальное исследование термодинамических свойств, отражающих межмолекулярные взаимодействия в DES и в системах, включающих DES. Фазовые переходы, определение активностей (равновесие жидкость – пар в системах, включающих DES и летучие растворители), оценка устойчивости составов DES в процессах разделения. Работы будут проводиться с привлечением ресурсов Научного Парка СПбГУ, включая современное аналитическое, спектрохимическое и термохимическое оборудование, установки для исследования фазовых процессов, суперкомпьютерные программно-аппаратные ресурсы для расчетов физико-химических свойств на основе электронной структуры компонентов DES и интератомных потенциалов (квантово-химический анализ и молекулярная динамика). По итогам проекта планируется публикация 4 статей в рейтинговых международных журналах, представление результатов на международных конференциях.