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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 ?-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