Forschung

Forschungsgebiete in der Theoretischen Chemie

Am Insti­tut für Theo­retische Chemie wird Methoden­ent­wicklung in der Ab-initio-Quanten­chemie auf den Gebieten der Be­rechnung der Elektronen­korrelation und rela­tivistischer Bei­träge durch­ge­führt. Die Gruppe von Michael Dolg entwickelt inkrementelle Ver­fahren für die Ab-initio-Be­rechnung von Elektronen­kor­relations­beiträgen, z.B. auf CCSD(T)- und F12-CCSD(T)-Niveau, für größere Mole­küle und periodische Systeme. Weiter­hin wird die Er­zeugung von energie-konsistenten relativistischen Ab-initio-Pseudo­poten­tialen und ent­sprechenden Valenz­basis­sätzen für schwere Elemente ver­folgt. Die neu­este Generation von Pseudo­potentialen beruht auf Referenz­daten aus atomaren Multi-Konfigurations-Dirac-Hartree-Fock-Rechnungen. Diese ver­wenden den Dirac-Coulomb-Hamilton-Operator mit endlicher Kern­aus­dehnung. Die Breit-Wechsel­wirkung und bei  su­per­schweren Elementen auch Beiträge niedriger Ordnung aus der Quanten­elektro­dy­namik (Vakuum­polarisation und Elektronen­selbst­energie) werden störungs­theoretisch behandelt. Neuere Anwendungen befassen sich mit der elektro­nischen Struktur mole­kularer Ce(III)-basierter Kondo-artiger Systeme wie z.B. Cerocene, der Hy­dra­tation von Lanthano­id- und Actino­id-Ionen, titano­cen-kata­lysierten 3-und 4-exo-Cycli­sierungen oder der hapto­tropen Um­lagerung von M(CO)3 Frag­menten von aro­matischen π-Systemen.

Die Gruppe von Michael Hanrath beschäftigt sich mit der Ent­wicklung von Methoden und Programm­paketen für hoch­genaue Multi-Referenz Coupled-Cluster-Rechnungen (MRexpT) sowie für Coupled-Cluster-Rechnungen mit hohem An­regungs­grad (CCSDT, CCSDTQ, CCSDTQP, etc.). Daneben werden neue Algorithmen für die effiziente Erzeugung von Zwei-Elektronen-Integralen für kontrahierte Basis­sätze sowie Self-Con­sistent Field-Rechnungen für größere Systeme be­arbeitet und in das in-house Ab-initio-Programm­paket QOL (Quantum Object Library) ein­gepflegt.

Xiaoyan Cao und Mitarbeiter unter­suchen durch computer­gestützte Chemie die Trennung der Lanthano­ide von Actino­ide bei der Auf­arbeitung von Atom­müll mit Flüssig-Flüssig-Extraktion, z.B. mit Cyanex 301 oder anderen makro­zyklischen Liganden. Die Eigen­schaften der Komplexe von Texa­phyrin und seinen Deri­vaten mit Gado­linium und Lutetium, die eine Viel­zahl von An­wendungen in der Medizin haben (z.B. als Photo­sensibilisatoren in der photo­dynamischen Therapie), werden eben­falls quanten­chemisch unter­sucht.