Themâu ymchwil

Mae ein strategaeth ymchwil yn cwmpasu chwe thema ymchwil trawsddisgyblaethol. Mae’r rhain yn hyblyg ac yn ymatebol, ac yn croesdorri disgyblaethau traddodiadol cemeg, i gynnig portffolio ymchwil eang a luniwyd i fynd i’r afael â heriau mawr y byd.

Ein gweledigaeth strategol yw hybu ymchwil ryngddisgyblaethol trwy ddealltwriaeth sylfaenol a gwaelodol o gemeg, ac rydym ni’n ymroddedig i ddatrys heriau sylweddol cymdeithas, ochr yn ochr â chyfrannu at dwf economaidd cenedlaethol trwy ddarganfyddiadau newydd.

Y themâu ymchwil canlynol yw:

• Cemeg Fiolegol
• Cyfrifiadureg a modelu
• Datblygu sbectrosgopeg lefel uwch
• Galluogi technolegau ar gyfer synthesis cynaliadwy
• Deunyddiau swyddogaethol hierarchaidd ac ynni
• Catalysis

Mae’r holl staff yn cyfrannu at y themâu hyn, yn sbarduno ein twf parhaus, ac yn cynrychioli grwpiau ystwyth sy’n barod i ymateb i heriau’r funud a heriau’r dyfodol yn y gwyddorau cemegol:

Cemeg Fiolegol

Mae’r thema hon yn canolbwyntio ar ystod o broblemau sy’n digwydd lle mae cemeg, bioleg, meddygaeth ac ecoleg yn cwrdd â’i gilydd. Y nod yw archwilio a dylanwadu ar adweithio a rhyngweithio moleciwlau biolegol, gyda ffocws ar broteinau ac asidau niwcleig.

Mae’r ymchwil yn effeithio ar feysydd amrywiol, o wella iechyd a llesiant i weithgynhyrchu cemegion mewn modd effeithlon, cynaliadwy. Mae gan ein Hysgol gryfderau penodol yn y meysydd canlynol:

• biocatalysis
• ensymoleg fecanistaidd
• cemeg fio-organig a bio-anorganig
• rhyngweithio bioleg a biofoleciwlaidd synthetig
• NMR ac MS biofoleciwlaidd
• biophotoneg ac optogeneteg
• cemeg feddyginiaethol
• synthesis organig
• fferomonau
• semiogemegion eraill planhigion.

Cyfrifiadureg a modelu

Mae ein pwyslais ar ddatblygu dulliau cyfrifiadurol ar gyfer cydberthynas electron, dadansoddi dwysedd electron, y berthynas feintiol rhwng strwythur a gweithgarwch (QSAR), dulliau deinameg moleciwlaidd a samplu pwysigrwydd uwch, cyfrifiadau thermol a chludo electronig, dulliau aml-gorff a chydberthynol wedi’u cymhwyso i’r cyflwr solet.

Mae gennym ddiddordeb mawr mewn datblygu meddalwedd a gwneud defnydd effeithiol o gyfrifiaduron paralel perfformiad uchel iawn. Mae hyn yn cefnogi ein gwaith ymchwil yn y meysydd canlynol:

• arsugno / adweithedd arwynebau ocsid a metelig
• deunyddiau mandyllog
• astudiaethau mecanistig o adweithiau organig
• strwythur a swyddogaeth biofoleciwlau
• cyfnewid a thrafnidiaeth protonau mewn hydoddiannau
• efelychu rhwymiad derbynnydd cyffuriau
• efelychu trawsffurfiannau cyfnod mewn solidau.

Mae cemeg cyfrifiadurol a damcaniaethol hefyd yn ffurfio strwythur trosfwaol sy’n cyflenwi llawer o’r themâu uchod.

Datblygu sbectrosgopeg lefel uwch

Rydym ni’n canolbwyntio ar ddatblygu a chymhwyso technegau sbectrosgopig a chymeriadu uwch, er mwyn dadansoddi priodweddau sylfaenol deunyddiau a biostrwythurau, gan gynnwys

• techneg delweddu deublygiant pelydr-X newydd
• dulliau diffreithiant pelydr-X powdwr newydd
• astudiaethau SS NMR ar y safle ar gyfer pennu strwythur ar sail deunyddiau anghrisialog
• dulliau aflonyddu a chydraniad amser mewn EPR
• sbectrosgopeg laser mwyhau ceudod.

Rydym ni’n cymhwyso’r datblygiadau hyn i ddealltwriaeth fecanistig o lwybrau cemegol a biolegol mewn catalysis, deall strwythur a deinameg rhyngolion adweithiol, a chanfyddiad detholus mymrynnau nwyon atmosfferig a radicalau.

Technolegau galluogi ar gyfer synthesis cynaliadwy

Mae ein gwaith ymchwil nid yn unig yn cael effaith ar gemeg, ond hefyd yn meithrin trefniadau cydweithio rhyngddisgyblaeth newydd gyda pheirianneg, mathemateg a chyfrifiadureg.

Mae’n cyflawni dealltwriaeth ddyfnach o offer synthesis organig cemegol modern (megis cemeg llif, mecanocemeg, synthesis electro-organig) trwy integreiddio â roboteg, Deallusrwydd Artiffisial (AI) a dysgu peiriannol, i arddangos dull cyfleus ac awtomatig o ddarganfod deunyddiau newydd.

Mae cydweithio â gwyddonwyr cyfrifiadurol yn golygu bod modd creu rhyngwyneb ar gyfer platfformau darganfod a dyfeisiau robotig rheoli a rhaglennu sgrîn cyffwrdd deallus er mwyn cyflawni algorithmau optimeiddio unigryw, er mwyn dysgu a darganfod yn gyflym.

Deunyddiau swyddogaethol hierarchaidd ac ynni

Mae’r thema hon yn datblygu deunyddiau i’w defnyddio mewn cymwysiadau ynni, gan gynnwys pilenni ar gyfer puro nwy naturiol a chipio carbon, dyluniad a synthesis deunyddiau ar gyfer storio hydrogen, celloedd tanwydd a chatalyddion ar gyfer gwella cynhyrchu biodanwydd.

Mae’n cwmpasu synthesis unigryw deunyddiau sylfaen organig ac anorganig a’u hastudio fel mathau swyddogaethol o bensaernïaeth. Mae modd defnyddio hynny i beiriannu systemau cynaeafu golau, storio a throsi ynni, dyfeisiau optoelectronig, synhwyro a delweddu moleciwlaidd.

• Ymhlith y meysydd sy’n gryfder unigryw i ni mae
• synthesis organig graffenau moleciwlaidd pi-gyfunedig
• systemau cyflenwi cyffuriau wedi’u cyfryngu â pholymer
• polymerau sy’n atal fflamau, dyfeisiau swyddogaethol nano-hylifol
• cemeg a ffiseg cyfansoddion cynhwysiad solet
• priodweddau deinamig mecanweithiau twf crisialau
• fframweithiau metel-organig (MOFs).

Catalysis

Mae’r gwaith ymchwil yn rhychwantu catalysis biolegol, homogenaidd a heterogenaidd, wedi’i seilio ar theori a chymeriadu a’i gynnal ganddynt, gydag arbenigedd cyffredinol ar draws y ddisgyblaeth sy’n ehangu y tu hwnt i seilos catalysis traddodiadol i gyflwyno gwaith ymchwil sydd â phwysigrwydd gwaelodol a thechnolegol.

Mae’n cwmpasu ystod eang o ddisgyblaethau cyflenwol, gan gynnwys gwyddor arwynebau, electrocemeg, a chemeg organofetelig, organig a biolegol.

Ymhlith y meysydd twf penodol a’r rhai sy’n cael eu targedu mae:

• catalysis ar gyfer adferiad amgylcheddol
• trin dŵr
• methodolegau ar gyfer synthesis cemegol mân
• deunyddiau newydd
• datgarboneiddio petrocemegion a thanwydd (gan gynnwys trosi CO₂, tanwydd synthetig cynaliadwy a rhyngol, ocsideiddio a hydrogeneiddio glân, amnewid metelau tocsig, gwerthfawr neu anffafriol o safbwynt geowleidyddiaeth).

Un pwyslais pwysig yw gwneud yn fawr o’r ddealltwriaeth sy’n dod i’r amlwg ynghylch priodweddau nano-ronynnau aur a deufetelig a gynhelir. Mae ymchwil ym maes catalysis homogenaidd yn datblygu ligandau newydd i wneud yn fawr o fetelau’r prif grŵp a’r pontio yn y rhes gyntaf, yn arbennig mewn catalysis anghymesur.

Trwy weithio gyda phartneriaid mewn diwydiant, rydym ni’n gwneud yn fawr o’r ymchwil hon i gyflawni arloesedd ac effaith trwy ddatblygu prosesau catalytig newydd.

Sefydliad Catalysis Caerdydd

Mae Sefydliad Catalysis Caerdydd, a sefydlwyd yn 2008, yn ganolog i thema catalysis, ond hefyd yn croesdorri’r holl themâu ymchwil ac yn crynhoi aelodau o bob un ohonynt.