L’interprétation, au niveau moléculaire, des phénomènes structuraux, thermodynamiques, dynamiques et de solvatation est une étape clé pour la compréhension de la physico-chimie de l’environnement et des systèmes biologiques, l’élaboration de nouveaux matériaux ou encore le design de systèmes d’intérêt photovoltaïque. C’est un domaine dans lequel l’apport de la théorie peut se révéler précieux, notamment grâce à des avancées méthodologiques récentes et à l’évolution des architectures informatiques et des ressources de calcul. Dans notre groupe, nous nous intéressons tout particulièrement à la dynamique, la réactivité chimique et aux états excités de molécules dans des solvants alternatifs et dans des solvants traditionnels (milieux aqueux, liquides moléculaires, fluides supercritiques) ainsi qu’aux applications potentielles dans le domaine de la chimie verte, de la chimie atmosphérique et de l’énergie.
Publications récentes:
Molecular reactions at aqueous interfaces
Ruiz-Lopez MF, Francisco JS, Martins-Costa MTC, Anglada JM
Nature Reviews Chemistry (2020) 4, 459-475
Rationalizing Photo-Triggered Hydrogen Evolution Using Polypyridine Cobalt Complexes: Substituent Effects on Hexadentate Chelating Ligands
Lucarini F, Bongni D, Schiel P, Bevini G, Benazzi E, Solari E, Fadaei-Tirani F, Scopelliti R, Marazzi M, Natali M, Pastore M, Ruggi A
ChemSusChem (2021) 14, 1874-1885
NMR Relaxation Rates of Quadrupolar Aqueous Ions from Classical Molecular Dynamics Using Force-Field Specific Sternheimer Factors
Chubak I, Scalfi L, Carof A, Rotenberg B
Journal of Chemical Theory and Computation (2021) 17, 6006–6017
Short- and Long-Range Solvation Effects on the Transient UV–Vis Absorption Spectra of a Ru(II)–Polypyridine Complex Disentangled by Nonequilibrium Molecular Dynamics
Prampolini G, Ingrosso F, Cerezo J, Iagatti A, Foggi P, Pastore M
The Journal of Physical Chemistry Letters (2019) 10, 2885-2891
Liquid dibromomethane under pressure: a computational study
Jasiok B, Chorążewski M, Postnikov EB, Millot C
Physical Chemistry Chemical Physics (2021) 23, 2964-2971
Thèmes scientifiques :
Microsolvatation
Nous étudions l’origine du phénomène d’accélération des réactions chimiques dans des microgouttelettes d’eau, qui a des implications importantes en chimie atmosphérique et de l’environnement, et en chimie de synthèse. Nos simulations ont permis de montrer qu’il s’agit d’un phénomène interfacial et expliquent les différences observées expérimentalement entre les réactions uni et multimoléculaires.
Développement d'approches hybrides
Nous développons des approches hybrides en combinant des simulations de dynamique moléculaire classique hors équilibre et des calculs QM/MM des spectre électroniques d’absorption et d’émission. Ces méthodes se révèlent particulièrement adaptées à la simulation de la réponse du solvant qui suit la formation d’états excites à transfert de charge, notamment dans des complexes organométalliques photoactifs ou à valence mixte. Notre méthode permet de reproduire et interpréter la réponse spectrale transitoire mesurée dans différents solvants comme étant gouvernée par la dynamique des liaisons hydrogène qui suive la redistribution de la densité électronique (illustration ci-dessous extraite de J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 2885-2891).
Développements et caractérisation de catalyseurs
Fluides supercritiques
Spectroscopie infrarouge aux interfaces
Dans des matériaux hybrides hydroxydes doubles lamellaires intercalant des ions dérivés d’acides aminés, il est possible de lier l’évolution de bandes infrarouges significatives de ces molécules par augmentation du taux d’hydratation aux modes d’interaction de la molécule avec l’interface inorganique. Dans l’image à gauche, nous illustrons comment l’augmentation de la taille de l’espace interfoliaire qui suit l’augmentation de la quantité d’eau, induit un changement d’orientation des anions aspartate et des changements dans le mécanisme d’interaction avec la surface. Cette interprétation moléculaire a été possible grâce à des simulations couplées à des calculs de spectres infrarouges.
Collaborations principales :
Nationales
PASTEUR, NIMBE, ICB, LASIRE, PHENIX
Internationales
Espagne: CSIC Barcelone, Université de Murcia, Université de Alkalà
États-Unis: Université de Pennsylvania, Université de Stanford
Japon: NGH Japan Co., Ltd.
Royaume-Uni: University College London
Pologne: Université de Silésie
Russie: Université de Kursk
Turquie: Université de Marmara
Mexique: Universidad Nacional Autónoma de México
Italie: ICCOM Pise, Université de Ferrara
Suisse: Université de Fribourg