Silicates, aluminates, and aluminosilicates, namely salts containing oxoanions of Si and/or Al, constitute an unusually rich group of inorganic solids. They are the main ingredient of the crust of Earth and other rocky planets, as well as they are employed on a massive scale as building materials, adsorbents, catalysts, or pigments. Many aluminosilicates are only partially ordered systems, hence the possibilities to characterize them structurally with diffraction methods are limited, whereas spectroscopic data are often ambiguous. Given described difficulties, the atomistic scale studies employing computational methods of solid state physics and theoretical chemistry, offer valuable support for the experimental studies. I will present the computational results I obtained, mainly with the periodic density functional theory approach, for three groups of applied aluminosilicates. In the first part, I will focus on cementitious materials, namely structural characterization of noncrystalline hydrated Portland cements and polymorphs of crystalline Ca2SiO4, followed by the studies on the compressibility of high Al cements. Then I will show the computational refinement of experimentally observed different acidic centers in catalytic zeolites. In the last part, I will show the results on ultramarine pigments (i.e. aluminosilicates clathrating polysulfur species), notably the identification of red tetrasulfur chromophore.

Habilitation lecture

The talk will be given in English

Niezwykle bogatą grupę nieorganicznych ciał stałych stanowią krzemiany, gliniany i glinokrzemiany, czyli sole zawierające oksoaniony Si i/lub Al. Są głównym składnikiem skorupy ziemskiej i innych planet skalistych, a także są wykorzystywane na masową skalę jako materiały budowlane, adsorbenty, katalizatory czy pigmenty. Wiele glinokrzemianów to układy tylko częściowo uporządkowane, stąd możliwości ich strukturalnego scharakteryzowania metodami dyfrakcyjnymi są ograniczone, a dane spektroskopowe są często niejednoznaczne. Ze względu na opisane trudności badania w skali atomowej z wykorzystaniem metod obliczeniowych fizyki ciała stałego i chemii teoretycznej stanowią cenne wsparcie dla badań eksperymentalnych. Przedstawię wyniki obliczeniowe, jakie uzyskałem, głównie metodą periodycznej teorii funkcjonału gęstości, dla trzech grup stosowanych glinokrzemianów. W pierwszej części skupię się na materiałach cementowych, a mianowicie na charakterystyce strukturalnej niekrystalicznych uwodnionych cementów portlandzkich i odmian polimorficznych krystalicznego Ca2SiO4, a następnie na badaniach ściśliwości cementów o wysokiej zawartości Al. Następnie pokażę wyjaśnienie metodami  obliczeniowymi natury obserwowanych eksperymentalnie różnych centrów kwasowych w zeolitach katalitycznych. W ostatniej części przedstawię wyniki dotyczące pigmentów ultramarynowych (tj. glinokrzemianów klatratujących wielosiarczki), w szczególności identyfikację czerwonego chromoforu tetrasiarkowego.

Wykład habilitacyjny

Wykład będzie wygłoszony po angielsku