Spektroskopie und Dynamik der Zundel- und Eigen-Kationen: Untersuchung des hydrierten Protons mittels quantendynamischer Simulation

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Das Hauptziel dieses Projekts ist die präzise Simulation der Dynamik und Infrarot-Spektroskopie von kleinen, protonierten Wasser-Clustern. Diese Studien werden ein tieferes Verständnis des hydrierten Protons ermöglichen, das eine zentrale Rolle in der Chemie und in der Biologie spielt. Die Simulationen werden mit dem Heidelberg “multiconfiguration time-dependent Hartree” (MCTDH)- Programmpaket ausgeführt werden. Ein Teil des Projekts beschäftigt sich mit der Simulation verschiedener isotopensubstituierter Formen des Zundel-Kations H(H2O)+2, nämlich D(D2O)+2, D(H2O)+2 und H(D2O)+2. Die Untersuchung von den IR-Spektren dieser isotopensubstituierten Kationen und der Vergleich mit experimentellen Daten wird zu einer grundlegenden Darstellung des hydrierten Protons und seiner Wechselwirkung mit seiner Umgebung führen. Ein weiterer Meilenstein des Projekts ist die Simulation des - anspruchsvolleren - Eigen-Kations (H(H2O)+4). Zundel- und Eigen-Kationen sind die zwei Grenzstrukturen, die das hydrierte Proton in liquidem Wasser annimmt. Das Eigen-Kation ist noch nicht vollständig verstanden. Im Rahmen der Untersuchungen des Eigen-Kations wollen wir verschiedene IR-Linien, die experimentell gemessen worden sind, aber noch nicht erklärt wurden, aufklären. Damit wollen wir eine konsistente Darstellung der Dynamik der H(H2O)+2 und H(H2O)+4 Kationen schaffen. Verschiedene technische Entwicklungen werden im Rahmen des Projekts untersucht werden. Unser Ziel ist die Anwendbarkeit von quanten-dynamischen Methoden in Richtung größerer und komplexerer molekularer Systeme zu erweitern.