The object of research, development or design (in Russian) : Объектами исследования являются водоокисляющий комплекс (ВОК) фотосистемы 2 (ФС 2), участвующий в процессе естественного фотосинтеза, а также синтетические комплексы с переходными металлами для искусственного фотосинтеза.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Зерттеу объектілері табиғи фотосинтез процесіне қатысатын 2-фотосистеманың (ФС 2) су тотықтырғыш кешені (СТК), сондай-ақ жасанды фотосинтезге арналған өтпелі металдармен синтетикалық кешендер болып табылады.

Aim of work (in Russian) : Целью научно-исследовательских работ по проекту 2022 года является изучение оптических и магнитных свойств синтетических и натуральных комплексов, а также исследование влияния различных факторов на свойства материалов.

Aim of work (in Kazakh) : 2022 жобасы бойынша ғылыми-зерттеу жұмысының мақсаты синтетикалық және табиғи кешендердің оптикалық және магниттік қасиеттерін зерттеу, сонымен қатар материалдардың қасиеттеріне әртүрлі факторлардың әсерін зерттеу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : В настоящей работе мы использовали комбинированный подход ab initio молекулярной динамики (AIMD) с методами квантовой механики/молекулярной механики (QM/MM) для исследования свойств натурального комплекса. При этом для исследования колебательных спектров использовался комплексный подход, основанный на двух методах получения колебательных спектров. Частоты в среднем диапазоне (1000-1800) были рассчитаны QM/MM методом в гармоническом приближении методом Анализа нормальных мод колебаний (Normal Mode Analysis). Тогда как для расчета частот коротковолновой области (400-600 см-1) использовалась разработанная нами новая методика разложения траектории молекулярной динамики (QM/MM MD). Для исследования параметров магнитного взаимодействия был использован метод нарушенной симметрии (Broken Symmetry).

Методы исследования (на казахском) : Бұл жұмыста табиғи кешеннің қасиеттерін зерттеу үшін кванттық механика/молекулярлық механика (QM/MM) әдістерімен біріктірілген ab initio молекулалық динамика (AIMD) әдісін қолдандық. Бұл жағдайда тербеліс спектрлерін зерттеу үшін тербеліс спектрлерін алудың екі әдісіне негізделген кешенді тәсілді қолдандық. Орташа диапазондағы жиіліктер (1000-1800 см-1) қалыпты режимді талдау әдісімен гармоникалық жуықтауда QM/MM әдісімен есептелді. Ал қысқа толқынды аймақтың (400-600 см-1) тербелістерін есептеу үшін біз әзірлеген молекулалық динамика траекториясын (QM/MM MD) ыдыраудың жаңа әдісін қолдандық. Магниттік әсерлесудің параметрлерін зерттеу үшін «Сынық симметрия» әдісі қолданылды.

Obtained results and novelty (in Russian) : - Проведено исследование спектроскопических свойств ВОК в различных состояниях цикла Кока. Работа завершена. - Проведен анализ колебательных спектров ВОК в различных состояниях цикла Кока для натурального комплекса в процессе естественного фотосинтеза. - Были изучены магнитные свойства взаимодействия синтетических комплексов. Исследовано влияние различных факторов на параметры спин-орбитального взаимодействия исследуемых материалов. Разработана методика исследования магнитных свойств комплексов переходных металлов. - Было обнаружено, что параметры, используемые для интерпретации экспериментальных результатов на сегодняшний день, такие как степени окисления металлов и дентичность лигандов являются ошибочными и приводят к неверной интерпретации результатов. - Была обнаружена корреляция между разницей длин связей карбоксилатной группы СОО и частотами колебаний, что может служить более точным критерием оценки и интерпретации экспериментальных спектров. - Сравнительный анализ распределений длин связей Mn-O в процессе молекулярной динамики для натурального и синтетических комплексов показал влияние гибкости натурального кластера на частоты колебаний. Была обнаружена корреляция между распределением длины связи Mn-O и частотами колебаний данных связей. Таким образом, короткие и негибкие связи вносят вклад в высокочастотную область около 600 см-1, тогда как длинные и гибкие связи характеризуются низкими частотами в области 450 - 550 см-1.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : - Кок циклінің әртүрлі күйлеріндегі СТК спектроскопиялық қасиеттерін зерттеу жүргізілді. Жұмыс аяқталды. - Табиғи фотосинтез процесіндегі табиғи кешен үшін кока циклінің әртүрлі күйлеріндегі СТК тербеліс спектрлеріне талдау жүргізілді. - Синтетикалық кешендердің өзара әрекеттесуінің магниттік қасиеттері зерттелді. Зерттелетін материалдардың спин-орбиталық әрекеттесу параметрлеріне әртүрлі факторлардың әсері зерттелді. Өтпелі металл кешендерінің магниттік қасиеттерін зерттеу әдістемесі жасалды. - Бүгінгі күнге дейін тәжірибе нәтижелерін интерпретациялау үшін қолданылатын металдардың тотығу күйлері және лигандтардың сәйкестігі сияқты параметрлер қате болып табылатыны және нәтижелерді қате түсіндіруге әкелетіні анықталды. - COO карбоксилат тобының байланыс ұзындықтарының айырмашылығы мен діріл жиіліктері арасындағы корреляция табылды, бұл эксперименттік спектрлерді бағалау және интерпретациялау үшін дәлірек критерий бола алады. - Табиғи және синтетикалық комплекстер үшін молекулалық динамика процесінде Mn-O байланыс ұзындықтарының таралуын салыстырмалы талдау діріл жиіліктеріне табиғи кластер икемділігінің әсерін көрсетті. Mn-O байланысының ұзындығының таралуы мен осы байланыстардың тербеліс жиіліктері арасында корреляция табылды. Осылайша, қысқа және икемді емес байланыстар 600 см-1 шамасында жоғары жиілікті аймаққа ықпал етеді, ал ұзын және икемді байланыстар 450-550 см-1 аймағындағы төмен жиіліктермен сипатталады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Проводимые исследования носят фундаментальный характер и нацелены на изучение матнитных и оптических свойств материалов, используемых для процесса расщепления воды в естественном и искусственном фотосинтезе. Исследования проводятся с использованием современных методов вычислительной химии с высоким уровнем точности и вопроизводимости экспериментальных результатов. Впервые выполнена интерпретация ИК спектров комплексов с переходными металлами в области колебаний Mn-O и COO- групп, а также получены константы спин-орбитального взаимодействия для мультивалентных комплексов с переходными металлами. Кроме того, нами была создана подробная карта колебательных мод на всем протяжении цикла Кока для интерпретации существующей литературы и будущих экспериментов.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Ағымдағы зерттеулер іргелі сипатқа ие және табиғи және жасанды фотосинтезде судың бөліну процесінде қолданылатын материалдардың магниттік және оптикалық қасиеттерін зерттеуге бағытталған. Зерттеулер тәжірибелік нәтижелердің дәлдігі мен қайталануының жоғары деңгейімен есептеу химиясының заманауи әдістерін қолдану арқылы жүзеге асырылады. Алғаш рет Mn-O және COO топтарының тербеліс диапазонындағы өтпелі металдары бар кешендердің ИҚ спектрлерін интерпретациялау орындалды және өтпелі металдармен көпвалентті комплекстер үшін спин-орбиталық әрекеттесу тұрақтылары алынды. Бұған қоса, біз бар әдебиеттерді түсіндіру және болашақ тәжірибелер үшін Кок циклі бойынша діріл режимдерінің егжей-тегжейлі картасын жасадық.

Level of implementation (in Russian) : На данном этапе внедрение не планируется.

Level of implementation (in Kazakh) : Бұл кезеңде іске асыру жоспарланбайды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность проведенных работ определяется признанием полученных результатов международным научным сообществом во время их презентации на конференциях, победой в международном конкурсе научных проектов Oak Ridge National Laboratory Director's Discrete, USA и подписанием Соглашения о долгосрочном сотрудничестве между данной организацией и университетом, а также победой в конкурс молодых ученых HPC-Europa Transnational Access. Также подтверждается опубликованием результатов в рецензируемых журналах (в настоящий момент публикация подготовлена к подаче в журнал International Journal of Molecular Sciences (Q1) Special Issue "Materials for Photobiology".

Efficiency (in Kazakh) : Жүргізілген жұмыстардың тиімділігі халықаралық ғылыми қоғамдастықтың конференцияларда баяндама жасау кезінде алынған нәтижелерді мойындауымен, Oak Ridge National Laboratory Director's Discrete, АҚШ ғылыми жобаларының халықаралық конкурсында жеңіске жетуімен және осы ұйым мен университет арасындағы ұзақ мерзімді ынтымақтастық Келісімге қол қоюмен анықталады, сондай-ақ HPC- Europa Transnational Access жас ғалымдар байқауындағы жеңіспен. Сондай-ақ рецензияланатын журналдарда нәтижелерді жариялаумен расталады (қазіргі уақытта басылым Халықаралық молекулалық ғылымдар журналына (Q1) «Фотобиологияға арналған материалдар» арнайы шығарылымына жіберуге дайындалған).

Field of application (in Russian) : Исследования в области вычислительной химии, фотосинтеза и водородной энергетики, бионеорганической химии, координационной химии.

Field of application (in Kazakh) : Есептеу химиясы, фотосинтез және сутегі энергиясы, биоинорганикалық химия, координациялық химия саласындағы зерттеулер.