ויברtional ספקטרום של N719-כרומטופור/טיטניה ממשק הסימולציה מולקולארית פוטנציאלי-דינמיקה, Solvated על ידי טמפרטורת חדר הנוזל היוני

Summary

תא השמש לצבוע-רגישות היה solvated על ידי RTILs; תוך שימוש בפוטנציאלים אמפיריים ממוטבים, הוחלה הדמיה של דינמיקה מולקולרית לחישוב מאפיינים ויברtional. ספקטרום הרטט המתקבל הושוו עם התנסות ודינמיקה מולקולארית ab; ספקטרום הפוטנציאל האמפירי שונים מראים כיצד משתני טעינה חלקית של הנוזל היוני משפיע על תחזית ספקטרום התנודה.

Abstract

חיזוי הסימולציה המולקולרית המדויק של ספקטרום הרטט, ומאפיינים מבניים, אנרגטיים וספקטרליים אחרים, של משטחי מתכת-תחמוצת הצילום במגע עם צבע קליטת אור הוא אתגר קוצני מתמשך וחמקמק בכימיה פיזית. עם זאת בראש, הדמיית דינמיקה מולקולרית (MD) בוצעו באמצעות הפוטנציאל האמפירי האופטימיזציה עבור היטב מייצג ו-מיועד לצבוע השמש מדוברת תאים סולאריים (DSC) solvated על ידי נרחב-למדה בטמפרטורת החדר נוזלי (rtil), במסווה של [במים]⁺[NTf2]^– rtil solvated N719-רגישות לצבוע נספחת אל 101 אנטולי-טיטניה. בפעולה זו, תובנות חשובות שנעשו לתוך איך באמצעות RTIL כמו החור האלקטרוליטי לקבלת מודולים את המאפיינים הדינמיות והרטט של N719 צבען, הערכת ספקטרום של ממשק התמונה DSC-הרכב באמצעות טרנספורמציה פורייה של מהירות משוקלל המסה פונקציות מתאם אוטומטי מ-MD. ספקטרום התנודה הנרכש הושווה לספקטרום הניסוי ולאלה שנדגמו מדינאמיקה מולקולרית משנת ab (הרכב הראשי); בפרט, ספקטרום אמפירי-פוטנציאלי שונים שנוצר מ-MD לספק תובנה כיצד הפרמטרים חלקית מחייב המטען של הנוזל יונית משפיע על תחזית ספקטרום ויברזציה. בכל מקרה, התאמה זהירה של מודלים הכוח האמפירית הוכח להיות כלי יעיל בטיפול בתכונות DSC ויברליות, כאשר מאומת על ידי ה-אימו d וניסוי.

Introduction

ב-צבען-רגישות תאים סולריים (DSCs), פער הלהקה האופטי של מוליכים למחצה הוא גישור על ידי אור קליטת, או רגישות, צבע. DSCs דורשים טעינה מתמדת: לכן, אלקטרוליט החמצון חיוני כדי לטפח את האספקה המתמדת של התשלום (בדרך כלל בצורה של I^–/i^3-, בממס אורגני). זה מקל על מעבר של חורים מן הצבע רגישות לאלקטרוליט, עם הזריק אלקטרונים מתרגש צילום לתוך מצע תחמוצת המתכת עובר דרך מעגל חיצוני, עם שילוב מחדש בסופו של דבר מתרחש על הקתודה¹. היבט מכריע עצומה ‘ השקפה חיובית עבור מגוון רחב של יישומים בעולם האמיתי מקורו בייצור הישיר שלהם, ללא צורך בחומרי גלם גבוה בטוהר; זה בניגוד גמור עם עלות הבירה גבוהה ואולטרה טוהר נדרש עבור photovoltaics מבוססי סיליקון. בכל מקרה, הסיכוי לשפר באופן משמעותי את צירי הזמן של חיי העבודה של DSCs על-ידי החלפת אלקטרוליטים יציבים פחות עם נוזלים יוניים בטמפרטורת החדר (RTILs) לאחר תנודתיות נמוכה מראה הבטחה משמעותית. המאפיינים הפיזיים המוצקים של RTILs בשילוב עם המאפיינים החשמליים הנוזליים שלהם (כגון רעילות נמוכה, פלאמביליות ותנודתיות)¹ להוביל אלה כדי להוות אלקטרוליטים מצוינים למדי לשימוש ביישומי DSC.

בהתחשב בסיכויים כאלה עבור RTILs ב DSCs, זה בקושי מפתיע כי, בשנים האחרונות, כבר היתה דחיפה משמעותית של פעילות בלמידה DSC-אב טיפוס N719-כרומרופפור/טיטניה ממשקים עם RTILs. בפרט, עבודה חשובה על מערכות כאלה בוצעה^2,3,4,5, אשר לשקול חבילה רחבה של תהליכים פיזיקאלית-כימיים, כולל את החיוב-חידוש מלאי הקינטיקה בצבעים^2,5, השלבים המכניים של הדינמיקה האלקטרון-חור והעברה³, ו, כמובן, את ההשפעות של טיטניהמצעים הטבע

עכשיו, התקדמות המוח מקדמות הדמיה מולקולרית מבוסס DFT, במיוחד בעלי השפעה.⁶, ככלי עיצוב שימושי מאוד בתחום המדע חומרים ובמיוחד עבור DSCs^7,8,9,10,11, עם הערכה קריטית של בחירה פונקציונלית אופטימלית להיות חיונית^8,9, טכניקות devd הוכיחו שימושי מאוד בעבר בוחן פיזור משמעותי למדי ו-rtil השפעות שימור מפורש על מבנה הצבע, מצבי ספיחה ויברזציה משטחים DSC-מוליך למחצה. בפרט, אימוץ של האימו הובילה להצלחה מסוימת בהשגת לכידה סבירה, חצי כמותית וחיזוי של מאפיינים אלקטרוניים חשובים, כגון פער להקות, כמו גם כריכה מבנית¹³והרטט ספקטרום¹⁴. בסדר. 12-14, הדמיות של אימו בוצעו בהרחבה על הצבע N719-כרומאופפור התמונה מאוגד (101) אנטול-טיטניה, הערכת מאפיינים אלקטרוניים הן נכסים מבניים בנוכחותם של שניהם⁺[NTf2]^–12,13ושוב⁺אני^–14RTILs, בנוסף ספקטרום תנודה עבור המקרה של [בחמים]⁺אני^–14. בפרט, קשיחות של פני השטח של המוליכים למחצה¹⁵, מלבד צילום השוואתי הטבועה שלה, הוביל את המשטח כדי לשנות מעט בתוך הדמיית האימו, מה שהופך (101) ממשקים אנטולי^12,13,14בחירה מתאימה. כ-ref 12 מראה, המרחק הממוצע בין הקטיונים לבין פני השטח ירד על-ידי כ-0.5 Å, ההפרדה הממוצעת בין הקטיונים לבין האנטונים ירדה ב-0.6 Å, והשנים הניכרות של הRTILs בשכבה הראשונה סביב הצבע, היכן שהקטיון היתה על המקום גיל 1.5 בנוסף ממרכז הצבע, נגרמו ישירות על ידי אינטראקציות פיזור מפורשות במערכות RTIL-solvated. בלתי פיסי של הגדרת התצורה של N719 לצבוע של נספחת היה גם תוצאה של המבוא של השפעות פיזור מפורש בתוך הריק. ב-ref 13, הניתוח נערך אם ההשפעות המבבניות הללו של הבחירה התפקודית RTIL מפורשת ופונקציונלית השפיעו על ההתנהגות של DSSCs, המסכם הן שימור מפורש וטיפול בפיזור חשוב מאוד. בשופט 14, עם נתונים באיכות גבוהה וויברטיב-ספקטרלי של קבוצות אחרות בהישג יד, ההשפעות המיוחדות היו מסומנות באופן שיטתי בשני הצדדים במפורש.⁺אני^–שימור וטיפול מדויק של פיזור הוקמה בשנת refs. 12 & 13 on the reproduction of salient spectral-mode features; זה הוביל למסקנה כי שימור מפורש חשוב, לצד טיפול מדויק של אינטראקציות פיזור, ממצאים מוקדמים יותר עבור תכונות מבניות ודינמיות במקרה של מידול הדמייה של זרזים בממס מפורש¹⁶. אכן, מוסבוני ואח ‘ ביצעו גם הערכה מרשימה של השפעות מפורשות על הטיפול ב-DFT בסימולציה DSC¹⁷. בהלול ואח ‘.¹⁸למדה ספקטרום הקליטה ניסיוני עבור צבעים יחד עם ספקטרום הקשורים ברמת TD-DFT; ספקטרום TD-DFT הוסכם היטב במונחים של מעברים מחושבים שלהם עם עמיתיהם הניסיוניים שלהם. בנוסף, ספקטרום הקליטה של נגזרים פירולידין (PYR) נחקרו על ידי Preat ואח ‘ ב ממיסים כמה¹⁹, המספקת תובנות משמעותיות לתוך המבנים הגיאומטריים והאלקטרונים של הצבעים, והיא מעניקה שינויים מבניים נאותים המשמשים למיטוב המאפיינים של מבנה ה-PYR DSSCs-רוח של עיצוב מולקולרי המבוסס על הדמיה-באמת.

לאחר שהקים בבירור את התרומה החשובה של השני dft ו-אימו לקראת מודל מדויק של מאפיינים ותפקוד של DSCs, כולל נושאים טכניים חשובים כגון שימור מפורש וטיפול הולם של אינטראקציות נפיצה מ מבנית, אלקטרונית ורטט נקודות^{7,8,9,10,11,12,13,14}, עכשיו-ב הנוכחי העבודה-המוקד פונה לעבר השאלה הפרגמטית של כמה הגישות אמפיריים הפוטנציאל יכול להיות מותאם לכתובת החיזוי apposite וסביר של תכונות מבנית ויברליות של מערכות DSC כגון מערכת מסוג זה, לקיחת N719 צבען נספחת על אנטול (101)^{ב [במים]–} rtil כמקרה בנקודה. זה חשוב, לא רק בגלל הקורפוס הגדול של פעילות הסימולציה מולקולרית מבוססי שדה מכונות מתודולוגי זמין להתמודד עם הדמיית DSC⁷, ומשטחי תחמוצת מתכת נרחב יותר, אבל גם בגלל הצגה שלהם עלות חישובית מופחתת לעומת הגישות מבוססות dft, יחד עם האפשרות של צימוד יעיל מאוד גישות דגימה מוטה כדי ללכוד ביעילות יותר בשלב החלל האבולוציה מבניים ממיסים rtil מאוד צמיגה, שנשלט על-ידי תכונות פיזיות מוצקות בטמפרטורות הסביבה. לכן, מונע על ידי השאלה הפתוחה הזאת של ומיטוב גישות שדה הכוח, הודיע על ידי שני DFT ו-האימו, כמו גם נתונים ניסיוניים עבור רטט ספקטרום¹⁴, אנו פונים למשימה לוחצת של הערכה אמפירית פוטנציאל הביצועים של הN719 מהירות אטומית של הפונקציה (vacf). אחד הדאגה המפתח הוא כמה שונה החיוב חלקי הפרמטרים של RTIL עשוי להשפיע על ויברtional-ספקטרום החיזוי, ותשומת לב מיוחדת ניתנה לנקודה זו, כמו גם את המשימה הרחבה של התאמת שדות כוח לחיזוי אופטימלי במצב ספקטרלי ביחס לניסוי ו-אימו²⁰.

Protocol

1. ביצוע הדמיה MD באמצעות DL_POLY בנו את המבנה הראשוני DSC מערכות של N719-צבען נספחת לאנאז-טיטניה (101) משטח solvated על ידי [בחמים] + [NTf2]- נלקחמהעבודההקודמת 12,13. לצייר את המבנה הנדרש באמצעות תוכנת וסטה. בחר את N719 cis-di (thiocyanato)-bis (2, 2 ‘-bipyridl-4-carboxylate אוחר-4’-חומצה קר?…

Representative Results

נכסים מבניים של מוטיבים מחייביםמוטיבים הכריכה הייצוגית של ארבעת הסטים השונים של המטען החלקי מתוארים באיור 2, לאחר 15 PS של MD. באיור 2א, עבור הספרות (הנ ל)-חיובים נגזר, ניתן לראות כי קיימת אינטראקציה מימן בולטת עם משטח פרוטו…

Discussion

שיטות הסימולציה Ab מאותחל יקרות לבצע ומכאן כדי לבצע הדמיה על מאזני זמן הרבה יותר ידרוש שימוש בשדות כוח אמפיריים לפחות חלק מהמערכת DSC. לקראת סוף זה, מודל האטומיסטי שווה ערך נוצר של [במים]⁺[NTf2]^– ממשק solvated, באמצעות שימוש ניסיוני, הדמיה קלאסית שדה כוח עבור MD. האנאז היה במודל שימוש בשדה ה…

Materials

This was a molecular simulation, so no experimental equipment was used.
The name of the software was DL-POLY (the 'Classic' version of which is available under GnuPublic Licence, via sourceforge)