Lĩnh vực nghiên cứu chính của Phòng thí nghiệm Khoa học Phân tử là áp dụng phương pháp mô phỏng để giải quyết các vấn đề công nghệ, môi trường, hoặc năng lượng.

Các hướng nghiên cứu chính

1. Đặc tính lý thuyết về cấu trúc phân tử và điện tử, quang phổ và tính chất nhiệt hóa của các chất ở trạng thái cơ bản hoặc các trạng thái kích thích

2. Nghiên cứu các phản ứng hóa học, bao gồm động học và cơ chế, của một số nhóm hợp chất và vật liệu nano 
Kết quả tính toán cho phép chúng tôi xác định được các chất phản ứng trung gian, cơ chế và hiện tượng mới, để đề xuất các khái niệm và mô hình hóa học thích hợp nhằm hợp lý hóa các kết quả thực nghiệm. Mục tiêu của chúng tôi là tìm hiểu trạng thái của các hóa chất bằng các mô hình phân tử, nhưng chúng tôi cũng hướng đến khả năng dự đoán được tính chất và sự biến đổi của các hợp chất trong thế giới thực.

Các cluster Silic pha tạp

 Silic đã và tiếp tục là một trong những chất được sử dụng rộng rãi  trong các ứng dụng như các tế bào năng lượng mặt trời và vi điện  tử. Vì vậy, tính chất hóa học và vật lý của các dạng silic  kích thước nanomet đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ. Tuy  nhiên, cấu trúc của một số cluster nhỏ, chẳng hạn Si 8 + , chỉ vừa  mới được xác định trong các công trình nghiên cứu gần đây. Sự  hợp nhất của các nguyên tử tạp chất kim loại chuyển tiếp (TM) vào  các cluster silic được dự đoán là phương pháp hứa hẹn để điều  chỉnh tính chất quang điện và sự ổn định của các cluster silic.  Hầu hết các nguyên tố trong mỗi nhóm của bảng hệ thống tuần  hoàn được xem xét sử dụng như là tạp chất. Việc pha tạp các nguyên tử từ tính để tạo các cấu trúc silic kích thước nanomet là mối quan tâm đặc biệt đối với nhiều ngành, như nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ, công nghệ sinh học, chụp cộng hưởng từ, và lưu trữ dữ liệu. Quan trọng nhất, các ứng dụng tiềm năng của các thiết bị điện tử dựa trên các vật liệu từ kim loại (spintronics) thúc đẩy nghiên cứu sâu hơn về các chất bán dẫn từ. Với mục đích này, dự án của chúng tôi nghiên cứu hệ thống cấu trúc và liên kết của các cluster Si hai cấu tử với nhiều chất khác nhau.

Các cluster Boron hai cấu tử

Các clsuter nhị phân trên nền B là cấu trúc hấp dẫn một phần do tính hấp dẫn nhưng dị thường của chúng, và những ứng dụng tiềm năng quan trọng trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn, thiết bị nhiệt điện, và trong y học. Trong dự án này, các cấu trúc hình học và điện tử, liên kết hóa học và đặc biệt là tính thơm của hỗn hợp B n M (M là kim loại kiềm và kiềm thổ), và các kim loại chuyển tiếp được nghiên cứu lý thuyết. Chúng tôi xem xét các cluster B n M trong phạm vi rộng, đặc biệt là dẫn xuất "Buckyball boron" (B₈₀).

.
3. Tác động của các loại nhiên liệu thay thế lên động học của quá trình đốt cháy

Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển mô hình hóa học chi tiết để mô tả định lượng sự tác động của nhiên liệu thay thế lên động học của quá trình đốt cháy. Hiện nay chúng tôi đang quan tâm quá trình đốt cháy của nhiên liệu Fischer-Tropsch và dầu diesel sinh học ở vùng nhiệt độ thấp (< 1000 K), nơi tác động đánh lửa của nhiên liệu đóng một vai trò quan trọng trong quá trình cháy.
Để hiểu được bản chất của quá trình ôxy hóa nhiệt độ thấp của nhiên liệu, chúng tôi nghiên cứu có hệ thống về các hệ phản ứng nhỏ (gọi tắt là phân tử “surrogate”, là các phân tử có nhóm chức hóa học tương tự như những hợp chất hóa học được tìm thấy trong thành phần nhiên liệu) bằng các phương pháp tính toán cấu trúc điện tử chính xác kết hợp với cơ học thống kê hiện đại. Cụ thể, dự án này sẽ nhắm đến các phản ứng giữa các gốc tự do thay thế và phân tử oxy, một giai đoạn quan trọng trong quá trình oxy hóa ở nhiệt độ thấp và tự động đánh lửa. Những kiến thức thu được từ những hợp chất mô hình này sẽ được tổng quát hóa để dự đoán tốc độ phản ứng, cho phép chúng tôi xây dựng một cách có hiệu quả để cải thiện mô hình động học chi tiết cho các phân tử nhiên liệu thật. Mô hình này sau đó sẽ được sử dụng để định lượng đặc trưng cho tác động của nhiên liệu thay thế khi thay thế hoặc bổ sung vào nhiên liệu dầu thô lên khí thải cũng như hiệu suất của động cơ truyền thống/ tua bin.

.
4. Chuyển hóa nhiệt sinh khối

Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng cơ chế động học chi tiết để mô phỏng quá trình chuyển đổi sinh khối nhiệt hoá, bao gồm khí hóa và nhiệt phân, nhằm để tăng hiệu quả sản xuất, giảm thiểu vốn đầu tư và chi phí vận hành. Hiện tại, chúng tôi tập trung sự nỗ lực vào các quá trình nhiệt phân, và đặc biệt về tăng trưởng trọng lượng phân tử dẫn đến sự hình thành than cốc.
Bước ban đầu của quá trình nhiệt hóa sinh khối liên quan đến việc phân hủy chính của phân tử lớn lignocellulose, một trong những thành phần chính của nó là lignin. Xét về cấu trúc phân tử, lignin có chứa vòng đơn thơm mà có thể như là cơ chất tham gia các phản ứng dẫn đến sự tăng trưởng khối lượng phân tử. Do đó, sự hiểu biết về cách phá vỡ lignin trong điều kiện nhiệt phân có thể giúp chúng tôi trong việc tìm kiếm những cách tốt hơn để giảm các quá trình phản ứng dẫn đến hình thành nhựa (tar) bằng cách giảm tốc độ tăng trưởng trọng lượng phân tử hoặc bằng cách làm giảm nồng độ của nhựa (tar) một cách có chọn lọc khi đã hình thành. Các hợp chất mô hình đại diện cho các liên kết thường được tìm thấy trong lignin, sẽ được nghiên cứu bằng cách sử dụng phương pháp tính toán cấu trúc điện tử chính xác kết hợp với cơ học thống kê. Điều này được đơn giản hoá bằng cách nghiên cứu chi tiết các hệ nhỏ hơn và kết quả sau đó có thể được áp dụng và mở rộng cho các hệ lớn hơn, phức tạp hơn và thực tế hơn.

.
5. Thiết kế tính toán đối với vật liệu và xúc tác mới

Mục đích của nghiên cứu này là thiết kế các chất xúc tác / vật liệu tốt hơn cho quá trình hóa học / vật lý phức tạp sử dụng nguyên lý ban đầu lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT). Với một công cụ cơ học thống kê hiện đang được phát triển trong nhóm cho các phản ứng khí bề mặt, cơ chế vi động học cho các quá trình như vậy sẽ được xây dựng để tạo ra kết nối giữa tính toán hóa học / vật lý cơ bản với tính toán phản ứng trên bề mặt.
Phương pháp DFT được sử dụng để nghiên cứu sự hấp phụ / giải hấp cũng như chuyển đổi của các hợp chất hóa học tham gia vào các quá trình. Kết quả tính toán sẽ cho phép chúng tôi đánh giá cơ chế trên bề mặt được xem xét và ứng dụng tiềm năng của chúng. Để đưa ra một bức tranh hoàn chỉnh hơn, các cơ chế vi động học sẽ được xây dựng bằng phương pháp cơ học thống kê. Những cơ chế vi động học này sau khi được đánh giá sẽ được sử dụng để mô hình hoá một cách có hiệu quả và được ứng dụng trong điều kiện vận hành thực tế.

.
6. Phát triển Code
Công cụ tính toán đã được phát triển để hỗ trợ các nỗ lực trên.