Insegnamento APPROCCI TEORICI PER LO STUDIO DI MOLECOLE E MATERIALI INORGANICI

Nome del corso di laurea	Scienze chimiche
Codice insegnamento	A001117
Curriculum	Chimica inorganica per l'energia e la catalisi
Docente responsabile	Filippo De Angelis
Docenti	Filippo De Angelis
Ore	83 Ore - Filippo De Angelis
CFU	9
Regolamento	Coorte 2019
Erogato	Erogato nel 2019/20
Attività	Caratterizzante
Ambito	Discipline chimiche inorganiche e chimico-fisiche
Settore	CHIM/03
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	INGLESE
Contenuti	Meccanica quantistica avanzata. Teoria delle perturbazioni. Algebra dei momenti angolari. Lo spin e le autofunzioni di spin. Il metodo Hartree-Fock (RHF, UHF). Seconda quantizzazione. Operatori di creazione e distruzione. Metodi post-Hartree-Fock. RPA. Interazione di Configurazione. CAS-SCF. Coupled-Cluster. Funzioni di Green. Teoria del funzionale della densità. Teoria delle perturbazioni dipendente dal tempo.
Testi di riferimento	Dispense a cura del docente.
Obiettivi formativi	Esporre lo studente ai principali temi e metodi della chimica teorica. Gli obiettivi formativi comprendono la conoscenza delle basi teoriche dei principali metodi post-Hartree-Fock e la capacità di valutarne fattibilità, vantaggi e limitazioni nel contesto della moderna chimica computazionale.
Prerequisiti	È consigliabile, anche se non strettamente necessario, che lo studente abbia già familiarità con i fondamenti della meccanica quantistica e del modello orbitalico in chimica.
Metodi didattici	Lezioni frontali con l'ausilio di slides scritte al momento in classe e proiettate. Queset vengono raccolte in un file pdf al termine di ogni lezione e distribuite agli studenti.
Altre informazioni	Il docente può essere liberamente contattato via email per appuntamenti, domande e assistenza allo studio.
Modalità di verifica dell'apprendimento	Preparazione e discussione di un progetto di ricerca autonomo prendendo spunto dagli argomenti trattati a lezione.
Programma esteso	Stato dell’arte e argomenti strategici nella ricerca internazionale in catalisi ed energia: • semiconduttori inorganici per fotovoltaico. • materiali e processi per fotovoltaico di nuova generazione. • lo splitting catalitico dell’acqua e la produzione catalitica di idrogeno. Fondamenti e implementazione di metodi basati sulla teoria del funzionale della densità elettronica (DFT). • La densità elettronica e gli orbitali molecolari. • Le equazioni di Kohn-Sham e i funzionali di scambio-correlazione. • Struttura elettronica di molecole e struttura a bande di solidi. • Dettagli computazionali: Set di base, accuratezza numerica, effetti relativistici, effetti del solvente. • Dinamica molecolare ab initio. Introduzione all’approccio computazionale e modellistico allo studio di molecole e materiali inorganici per applicazioni catalitiche ed energetiche. • Proprietà spettroscopiche, di stati eccitati e conducibilità elettrica. • Teoria dello stato di transizione e di trasferimento elettronico. • Proprietà calcolabili, complessità modellistica e loro accuratezza. Calcolo della geometria e della struttura elettronica di molecole e solidi. • Definizione di superficie di energia potenziale ed ottimizzazione di geometrie molecolari e di solidi inorganici. • Calcolo delle frequenze vibrazionali e loro analisi per l’individuazione di stati di transizione e strutture di equilibrio. • Dinamica molecolare e calcolo di proprietà termodinamiche. Simulazione di proprietà spettroscopiche. • Simulazione di spettri Uv-vis e IR. Utilizzo dei principali programmi di calcolo molecolari e di stato solido. • Costruzione di input per programmi di calcolo ad ampia diffusione (ADF, Gaussian, Quantum Espresso). • Ottimizzazione del set-up computazionale (requisiti di memoria, CPU, spazio disco, tempi di esecuzione etc.) • Lettura dei file di output ed interpretazione risultati. Visualizzazione ed interpretazione dei risultati mediante software grafici avanzati. • Visualizzazione strutture 3D di molecole e solidi (molden, ADFView, molekel, VMD). • Visualizzazione di orbitali molecolari e densità elettroniche (molden, ADFView, molekel, VMD). • Visualizzazione numerica risultati e interpolazione dati (gnuplot, matematica, xmgr, excell, origin).