Name: vibrational spectra of a n719-chromophore/titania interface from empirical-potential molecular-dynamics simulation, solvated by a room temperature ionic liquid
Uploaded: 2020-01-25T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Vibrational Spectra of a N719-Chromophore/Titania Interface from Empirical-Potential Molecular-Dynamics Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liqui

Forfatterne takker prof. David Coker for nyttige diskussioner og Science Foundation Irland (SFI) for levering af High-Performance Computing ressourcer. Denne forskning er blevet støttet af den bilaterale finansieringsordning For SFI-NSFC (tilskudsnummer SFI/17/NSFC/5229) samt programmet for forskning i institutioner på tredje niveau (PRTLI) Cycle 5, der samfinansieres af Den Europæiske Fond for Regionaludvikling.

1. Udførelse af MD-simulering ved hjælp af DL_POLY
<ol><li>Konstruere DSC-systemer oprindelige struktur af N719-farvestof adsorberet til en anatase-titania (101) overflade solvated af [bmim]+[NTf2]- taget fra tidligere arbejde12,13. Tegn den nødvendige struktur ved hjælp af VESTA-software.</li>
	<li>Vælg N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic syre)-ruthenium (II)-sensibiliserende farvestof uden moderkøkkener og ...

<ol>
	<li>Ohno, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemical aspects of ionic liquids. , (2011).</li><li>Tefashe, U. M., Nonomura, K., Vlachopoulos, N., Hagfeldt, A., Wittstock, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Cation+on+Dye+Regeneration+Kinetics+of+N719-Sensitized+TiO2+Films+in+Acetonitrile-Based+and+Ionic-Liquid-Based+Electrolytes+Investigated+by+Scanning+Electrochemical+Microscopy.">Effect of Cation on Dye Regeneration Kinetics of N719-Sensitized TiO2 Films in Acetonitrile-Based and Ionic-Liquid-Based Electrolytes Investigated by Scanning Electrochemical Microscopy.</a> Journal of Physical Chemistry C. 116, 4316-4323 (2012).</li><li>Hardin, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+and+Hole+Transfer+between+Dyes+Attached+to+Titania+in+Cosensitized+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Energy and Hole Transfer between Dyes Attached to Titania in Cosensitized Dye-Sensitized Solar Cells.</a> Journal of American Chemical Society. 133, 10662-10667 (2011).</li><li>Bai, Y., Mora-Ser&#243;, I., De Angelis, F., Bisquert, J., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Titanium+Dioxide+Nanomaterials+for+Photovoltaic+Applications.">Titanium Dioxide Nanomaterials for Photovoltaic Applications.</a> Chimerical Reviews. 114, 10095-10130 (2014).</li><li>Teuscher, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+the+Regeneration+by+Iodide+of+Dye+Sensitizers+Adsorbed+on+Mesoporous+Titania.">Kinetics of the Regeneration by Iodide of Dye Sensitizers Adsorbed on Mesoporous Titania.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118, 17108-17115 (2014).</li><li>Long, R., English, N. J., Prezhdo, O. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Minimizing+Electron-Hole+Recombination+on+TiO2+Sensitized+with+PbSe+Quantum+Dots:+Time-Domain+Ab+initio+Analysis.">Minimizing Electron-Hole Recombination on TiO2 Sensitized with PbSe Quantum Dots: Time-Domain Ab initio Analysis.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 5, 2941-2946 (2014).</li><li>Agrawal, S., English, N. J., Thampi, K. R., MacElroy, J. M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perspectives+on+quantum-based+molecular+simulation+of+excited-state+properties+of+organic+dye+molecules+in+dye-sensitised+solar+cells.">Perspectives on quantum-based molecular simulation of excited-state properties of organic dye molecules in dye-sensitised solar cells.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 14, 12044-12056 (2012).</li><li>Agrawal, S., Dev, P., English, N. J., Thampi, K. R., MacElroy, J. M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+TD-DFT+study+of+the+effects+of+structural+variations+on+the+photochemistry+of+polyene+dyes.">A TD-DFT study of the effects of structural variations on the photochemistry of polyene dyes.</a> Chemical Science. 3, 416-424 (2012).</li><li>Dev, P., Agrawal, S., English, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+Assessment+for+Predicting+Charge-Transfer+Excitations+of+Dyes+in+Complexed+State:+A+Study+of+Triphenylamine-Donor+Dyes+on+Titania+for+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Functional Assessment for Predicting Charge-Transfer Excitations of Dyes in Complexed State: A Study of Triphenylamine-Donor Dyes on Titania for Dye-Sensitized Solar Cells.</a> Journal of Physical Chemistry A. 117, 2114-2124 (2012).</li><li>Lyons, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silicon-bridged+triphenylamine-based+organic+dyes+for+efficient+dyesensitised+solar+cells.">Silicon-bridged triphenylamine-based organic dyes for efficient dyesensitised solar cells.</a> Solar Energy. 160, 64-75 (2018).</li><li>Lyons, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic+Dyes+Containing+Coplanar+Dihexyl-Substituted+Dithienosilole+Groups+for+Efficient+Dye-Sensitised+Solar+Cells.">Organic Dyes Containing Coplanar Dihexyl-Substituted Dithienosilole Groups for Efficient Dye-Sensitised Solar Cells.</a> International Journal of Photo-Energy. , 7594869 (2017).</li><li>Byrne, A., English, N. J., Schwingenschlogl, U., Coker, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersion+and+Solvation+Effects+on+the+Structure+and+Dynamics+of+N719+Adsorbed+to+Anatase-Titania+Surfaces+in+Room-Temperature+Ionic+Liquids:+An+ab+initio+Molecular+Simulation+Study.">Dispersion and Solvation Effects on the Structure and Dynamics of N719 Adsorbed to Anatase-Titania Surfaces in Room-Temperature Ionic Liquids: An ab initio Molecular Simulation Study.</a> Journal of Physical Chemistry C. 120, 21-30 (2016).</li><li>Byrne, A., English, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+study+via+ab+initio+MD+of+the+effect+solvation+by+room+temperature+ionic+liquid+has+on+the+structure+of+a+chromophore-titania+interface.">A systematic study via ab initio MD of the effect solvation by room temperature ionic liquid has on the structure of a chromophore-titania interface.</a> Computational Materials Science. 141, 193-206 (2018).</li><li>Krishnan, Y., Byrne, A., English, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrational+Study+of+Iodide-Based+Room-Temperature+Ionic-Liquid+Effects+on+Candidate+N719-Chromophore/Titania+Interfaces+for+Dye-Sensitised+Solar-Cell+Applications+from+Ab+initio+Based+Molecular-Dynamics+Simulation.">Vibrational Study of Iodide-Based Room-Temperature Ionic-Liquid Effects on Candidate N719-Chromophore/Titania Interfaces for Dye-Sensitised Solar-Cell Applications from Ab initio Based Molecular-Dynamics Simulation.</a> Energies. 11, 2570 (2018).</li><li>Hengerer, R., Bolliger, B., Erbudak, M., Gr&#228;atzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+stability+of+the+anatase+TiO2+(101)+and+(001)+surfaces.">Structure and stability of the anatase TiO2 (101) and (001) surfaces.</a> Surface Science. 460, 162-169 (2000).</li><li>Bandaru, S., English, N. J., MacElroy, J. M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implicit+and+explicit+solvent+models+for+modeling+a+bifunctional+arene+ruthenium+hydrogen-storage+catalyst:+a+classical+and+ab+initio+molecular+simulation+study.">Implicit and explicit solvent models for modeling a bifunctional arene ruthenium hydrogen-storage catalyst: a classical and ab initio molecular simulation study.</a> Journal of Computational Chemistry. 35, 683-691 (2014).</li><li>Mosconi, E., Selloni, A., De Angelis, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+effects+on+the+adsorption+geometry+and+electronic+structure+of+dye-sensitized+TiO2:+a+first-principles+investigation.">Solvent effects on the adsorption geometry and electronic structure of dye-sensitized TiO2: a first-principles investigation.</a> Journal of Physical Chemistry C. 116, 5932-5940 (2012).</li><li>Bahers, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+Dye-Sensitized+Solar+Cells:+From+Theory+to+Experiment.">Modeling Dye-Sensitized Solar Cells: From Theory to Experiment.</a> Journal of Physical Chemistry Letter. 4, 1044-1050 (2013).</li><li>Preat, J., Michaux, C., Andr&#233;, J., Perp&#232;te, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pyrrolidine-Based+Dye-Sensitized+Solar+Cells:+A+Time-Dependent+Density+Functional+Theory+Investigation+of+the+Excited+State+Electronic+Properties.">Pyrrolidine-Based Dye-Sensitized Solar Cells: A Time-Dependent Density Functional Theory Investigation of the Excited State Electronic Properties.</a> International Journal of Quantum Chemistry. 112, 2072-2084 (2012).</li><li>Byrne, A., Krishnan, Y., English, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ab+initio+Molecular-Dynamics+Studies+of+the+Effect+of+Solvation+by+Room-Temperature+Ionic+Liquids+on+the+Vibrational+Properties+of+a+N719-chromophore/Titania+Interface.">Ab initio Molecular-Dynamics Studies of the Effect of Solvation by Room-Temperature Ionic Liquids on the Vibrational Properties of a N719-chromophore/Titania Interface.</a> Journal of Physical Chemistry C. 122, 26464-26471 (2018).</li><li>De Angelis, F., Fantacci, S., Selloni, A., Nazeeruddin, M. K., Gr&#228;tzel, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First-principles+modeling+of+the+adsorption+geometry+and+electronic+structure+of+Ru+(II)+dyes+on+extended+TiO2+substrates+for+dye-sensitized+solar+cell+applications.">First-principles modeling of the adsorption geometry and electronic structure of Ru (II) dyes on extended TiO2 substrates for dye-sensitized solar cell applications.</a> Journal of Physical Chemistry C. 114, 6054-6061 (2010).</li><li>Schiffmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protonation-dependent+binding+of+ruthenium+bipyridyl+complexes+to+the+anatase+surface.">Protonation-dependent binding of ruthenium bipyridyl complexes to the anatase surface.</a> Journal of Physical Chemistry C. 114, 8398-8404 (2010).</li><li>Canongia Lopes, J. N., Deschamps, J., Padua, A. A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+Ionic+Liquids+Using+a+Systematic+All-Atom+Force+Field.">Modeling Ionic Liquids Using a Systematic All-Atom Force Field.</a> Journal of Physical Chemistry B. 108, 2038-2047 (2004).</li><li>Hoover, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Canonical+dynamics:+equilibrium+phase-space+distributions.">Canonical dynamics: equilibrium phase-space distributions.</a> Physical Reviews A. 31, 1695 (1985).</li><li>Allen, M. P., Tildesley, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Computer Simulation of Liquids. , (2017).</li><li>Jorgensen, W. L., Maxwell, D. S., Tirado-Rives, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+Testing+of+the+OPLS+All-Atom+Force+Field+on+Conformational+Energetics+and+Properties+of+Organic+Liquids.">Development and Testing of the OPLS All-Atom Force Field on Conformational Energetics and Properties of Organic Liquids.</a> Journal of American Chemical Society. 118 (45), 11225-11236 (1996).</li><li>Matsui, M., Akaogi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Dynamics+Simulation+of+the+Structural+and+Physical+Properties+of+the+Four+Polymorphs+of+TiO2.">Molecular Dynamics Simulation of the Structural and Physical Properties of the Four Polymorphs of TiO2.</a> Molecular Simulation. 6, 239-244 (1991).</li><li>Todorov, I. T., Smith, W., Trachenko, K., Dove, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DL_POLY_3:+new+dimensions+in+molecular+dynamics+simulations+via+massive+parallelism.">DL_POLY_3: new dimensions in molecular dynamics simulations via massive parallelism.</a> Journal of Materials Chemistry. 16, 1911-1918 (2006).</li><li>English, N. J., Lauricella, M., Meloni, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Massively+parallel+molecular+dynamics+simulation+of+formation+of+clathrate-hydrate+precursors+at+planer+water-methane+interfaces:+insights+into+heterogeneous+nucleation.">Massively parallel molecular dynamics simulation of formation of clathrate-hydrate precursors at planer water-methane interfaces: insights into heterogeneous nucleation.</a> Journal of Chemical Physics. 140, 204714 (2014).</li><li>Thomas, M., Brehm, M., Fligg, R., V&#246;hringer, P., Kirchner, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computing+vibrational+spectra+from+ab+initio+molecular+dynamics.">Computing vibrational spectra from ab initio molecular dynamics.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 15, 6608-6622 (2013).</li><li>Mancini, J. S., Bowman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+ab+initio+calculation+of+anharmonic+vibrational+frequencies:+Local-monomer+theory+and+application+to+HCl+clusters.">On the ab initio calculation of anharmonic vibrational frequencies: Local-monomer theory and application to HCl clusters.</a> Journal of Chemical Physics. 139, 164115 (2013).</li><li>Jaeqx, S., Oomens, J., Cimas, A., Gaigeot, M. P., Rijs, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas-Phase+Peptide+Structures+Unraveled+by+Far-IR+Spectroscopy:+Combining+IR-UV+Ion-Dip+Experiments+with+Born-Oppenheimer+Molecular+Dynamics+Simulations.">Gas-Phase Peptide Structures Unraveled by Far-IR Spectroscopy: Combining IR-UV Ion-Dip Experiments with Born-Oppenheimer Molecular Dynamics Simulations.</a> Angewandte Chemie International Edition. 126, 3737-3740 (2014).</li><li>Hoffmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Extended+H&#252;ckel+Theory.+I.+Hydrocarbons.">An Extended H&#252;ckel Theory. I. Hydrocarbons.</a> Journal of Chemical Physics. 39, 1397-1412 (1963).</li><li>Chemical Computing Group. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molecular Operating Environment software. , (2019).</li><li>Finnie, K. S., Bartlett, J. R., Woolfrey, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrational+spectroscopic+study+of+the+coordination+of+(2,+2'-bipyridyl-4,+4'-dicarboxylic+acid)+ruthenium+(II)+complexes+to+the+surface+of+nanocrystalline+titania.">Vibrational spectroscopic study of the coordination of (2, 2'-bipyridyl-4, 4'-dicarboxylic acid) ruthenium (II) complexes to the surface of nanocrystalline titania.</a> Langmuir. 14, 2744-2749 (1998).</li><li>Le&#243;n, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Vibrational Spectroscopy of Photosensitizer Dyes for Organic Solar Cells. , (2006).</li></ol>

Ab initio simulering teknikker er dyre at udføre og dermed til at udføre simulering på meget længere tidsskalaer ville kræve brug af empiriske kraftfelter for i det mindste nogle af DSC-systemet. Mod dette formål blev der skabt en tilsvarende atomistisk model af [bmim]+[NTf2]- solvated interface, ved hjælp af en empirisk, klassisk-simulation forcefield for MD. Anatase blev modelleret ved hjælp af Matsui-Akaogi (MA) forcefield, mens farvestoffet struktur blev håndteret ved hjælp af OPLS par...

I farvestof-sensibiliserede solceller (DSCs), er det optiske bånd hul af halvledere bro af en lys-absorberende, eller sensibiliserende, farvestof. DSC'er kræver løbende genopladning: Derfor er en redox elektrolyt afgørende for at fremme denne konstante forsyning af ladning (typisk i form af en I-/ I3-i et organisk opløsningsmiddel). Dette letter passageaf huller fra den sensibiliserende farvestof til elektrolytten, med injiceres foto-ophidset elektroner i metal-oxid substrat passerer igennem til et eksternt kredsløb, med eventuel rekombination finder sted på katode1. Et afgørende aspekt, der ligger til grund for Dcs positive udsigter for en bred vifte af anvendelser i den virkelige verden, stammer fra deres enkle fremstilling, uden at der er behov for råvarer med høj renhed; Dette står i skarp kontrast til de høje kapitalomkostninger og ultrarenhed, der kræves til siliciumbaserede solceller. Under alle omstændigheder viser udsigten til en væsentlig forbedring af dsc'ernes arbejdstidstidsskalaer betydeligt ved at bytte mindre stabile elektrolytter med rumtemperaturioniske væsker (RTILs) med lav volatilitet et betydeligt løfte. De fast-lignende fysiske egenskaber af RTILs kombineret med deres flydende-lignende elektriske egenskaber (såsom lav toksicitet, brændbarhed, og volatilitet)1 føre disse til at udgøre temmelig fremragende kandidat elektrolytter til brug i DSC applikationer.
I betragtning af sådanne udsigter for RTILs i DcS' er det næppe overraskende, at der i de seneste år har været et betydeligt løft af aktiviteten i at studere DSC-prototype N719-chromophore/titania grænseflader med RTILs. Især er der udført et vigtigt arbejde med sådanne systemer2,3,4,5, som betragter en bred suite af fysisk-kemiske processer, herunder ladning-genopfyldning kinetik i farvestoffer2,5, de mekanistiske trin elektron-hul dynamik og overførsel3, og, selvfølgelig, virkningerne af titania substrater 'nanoskala karakter på disse, og andre, processer4.
Nu, i betragtning af imponerende fremskridt i DFT-baserede molekylærsimulering, især AIMD6, som et meget nyttigt prototypisk designværktøj inden for materialevidenskab og især for DSCs7,8,9,10,11, hvor kritisk vurdering af optimal funktionel udvælgelse er afgørende8,9, AIMD teknikker har vist sig meget nyttigtidligere i at granske temmelig betydelig spredning og eksplicit-RTIL solvation effekter på farvestof struktur, adsorption tilstande og vibrationelle egenskaber på DSC-halvleder overflader. Navnlig havde vedtagelsen af AIMD ført til en vis succes med at opnå en rimelig, semi-kvantitativ fangst og forudsigelse af vigtige elektroniske egenskaber, såsom båndkløft, samt strukturelle bindende13og vibrationelle spektre14I refs. 12-14, AIMD simuleringer blev udført i udstrakt grad på foto-aktive N719-chromophore farvestof bundet til (101) anatase-titania overflade, vurdering af både elektroniske egenskaber og strukturelle egenskaber i overværelse af både [bmim]+[NTf2]-12,13og [bmim]+[I]-14RTILs, ud over vibrationelle spektre for tilfælde af [bmim]+[I]-14. Især stivheden af halvlederoverfladen15, bortset fra dens iboende sammenlignende foto-aktivitet, førte overfladen til lidt ændre inden for AIMD simulering, hvilket gør (101) anatase grænseflader12,13,14et passende valg. Som det fremgår af ref. 12, faldt den gennemsnitlige afstand mellem kationerne og overfladen med ca. 0,5 Å, den gennemsnitlige adskillelse mellem kationer og anioner faldt med 0,6 Å, og den mærkbare ændring af RTIL'erne i det første lag omkring farvestoffet, hvor kationen var på aver alder 1,5 Å længere væk fra midten af farvestoffet, var direkte forårsaget af eksplicitspredning interaktioner i RTIL-solvated systemer. Ufysisk kinking af adsorberet N719 farvestof konfiguration var også et resultat af indførelsen af eksplicitspredning effekter i vacuo. I ref. 13 blev der foretaget en analyse af, om disse strukturelle virkninger af eksplicit RTIL solvation og funktionel udvælgelse påvirkede DSSC'ernes adfærd, idet det konkluderede, at både eksplicit solvation og behandling af spredning er meget vigtig. I ref. 14 blev de særlige virkninger systematisk benchmarket på både eksplicitte [bmim] med eksperimentelle vibrationelle-spektrale data af høj kvalitet af høj kvalitet fra andre grupper.+[I]-solvation og nøjagtig håndtering af spredning, der er etableret i refs. 12 & 13 om reproduktion af fremtrædende spektrale-mode funktioner; dette førte til den konklusion, at eksplicit solvation er vigtig, sammen med nøjagtig behandling af spredninginteraktioner, ekko tidligere resultater for både strukturelle og dynamiske egenskaber i tilfælde af AIMD modellering af katalysatorer i eksplicit opløsningsmiddel16. Mosconi et al. har faktisk også foretaget en imponerende vurdering af eksplicitopløsende virkninger på DFT-behandling af DSC-simulering17. Bahers et al.18undersøgt eksperimentelle absorptionsspektre for farvestoffer sammen med de relaterede spektre på TD-DFT-niveau disse TD-DFT spektre aftalt meget godt med hensyn til deres beregnede overgange med deres eksperimentelle kolleger. Desuden blev absorptionsspektre af pyrrolidin (PYR) derivater undersøgt af Preat et al. i flere opløsningsmidler19, giver betydelig indsigt i farvestoffernes geometriske og elektroniske strukturer og evincing passende strukturelle ændringer, der tjener til at optimere egenskaberne af pyr-baserede DSSCs - en ånd af simulering-ledede / rationaliseret 'molekylære design', ja.
Efter klart at have fastslået det vigtige bidrag fra både DFT og AIMD til nøjagtig modellering af DC'ers egenskaber og funktion, herunder så vigtige tekniske spørgsmål som eksplicit solvation og passende behandling af spredningsinteraktioner fra strukturelle, elektroniske og vibrationelle standpunkter7,8,9,10,11,12,13,14, nu - i nuværende arbejde - fokus vender sig mod det pragmatiske spørgsmål om, hvor godt empirisk-potentielle tilgange kan skræddersys til at løse apposite og rimelig forudsigelse af strukturelle og vibrationelle egenskaber af sådanne prototypiske DSC-systemer, idet N719 farvestof adsorberet på anatase (101) i [bmim]+[NTf2]- RTIL som et eksempel. Dette er vigtigt, ikke kun på grund af den store corpus af forcefield-baserede molekylærsimuleringsaktiviteter og metodologiske maskiner til rådighed til at tackle DSC simulering7,og metal-oxid overflader mere bredt, men også på grund af deres svimlende reducerede beregningsmæssige omkostninger i forhold til DFT-baserede tilgange, sammen med muligheden for en meget effektiv kobling til partisk-prøveudtagning tilgange til at fange mere effektivt fase rum og strukturel udvikling i stærkt viscous RTIL opløsningsmidler, domineret af fast-lignende fysiske egenskaber ved omgivende temperaturer. Derfor motiveret af dette åbne spørgsmål om måling og optimering af forcefield tilgange, informeret af både DFT og AIMD samt eksperimentelle data for vibrationelle spektre14, vi henvende os til den presserende opgave at vurdere empirisk-potentielle ydeevne på vibrationelle-spektre forudsigelse fra MD, ved hjælp af massevægtede Fourier transformere af N719 farvestoffets atomfart autokorrelation funktion (VACF). Et centralt problem er, hvordan forskellige delvis-charge parameteriseringer af RTIL kan påvirke vibrationelle-spektre forudsigelse, og særlig opmærksomhed blev lagt på dette punkt, samt den bredere opgave at skræddersy kraftfelter for optimal spektral-mode forudsigelse i forhold til eksperiment og AIMD20.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>This was a molecular simulation, so no experimental equipment was used.</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The name of the software was DL-POLY (the &#39;Classic&#39; version of which is available under GnuPublic Licence, via sourceforge)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

vibrational spectra of a n719-chromophore/titania interface from empirical-potential molecular-dynamics simulation, solvated by a room temperature ionic liquid

Den nøjagtige molekylære simuleringforudsigelse af vibrationelle spektre og andre strukturelle, energiske og spektrale egenskaber af fotoaktive metaloxidoverflader i kontakt med lysabsorberende farvestoffer er en vedvarende vanskelig og undvigende udfordring i fysisk kemi. Med dette in mente blev der udført en molekylær-dynamik (MD) simulering ved hjælp af optimerede empiriske potentialer for en velrepræsentativ og prototypisk farvestof-sensibiliseret solcelle (DSC) solvated af en bredt studeret rumtemperatur ion flydende (RTIL), i skikkelse af en [bmim]+[NTf2]- RTIL solvating en N719-sensibiliserende farvestof adsorberet på 101 anatase-titania. Dermed blev der indfanget vigtig indsigt i, hvordan man brugte en RTIL, da den elektrolytiske hulacceptor modulerer de dynamiske og vibrationelle egenskaber ved et N719-farvestof, der anslog spektrene for DSC's fotoaktive grænseflade via Fourier transformation af massevægtede autokorrelationsfunktioner fra MD. De erhvervede vibrationsspektre blev sammenlignet med forsøgsspektren og dem, der blev udtaget fra ab initiomolekylær dynamik (AIMD). især giver forskellige empiriske specifikationer, der er genereret fra MD, indsigt i, hvordan parameterisering af den ioniske væske, der påvirker forudsigelseaf vibrationelle spektre. Under alle omstændigheder har omhyggelig montering af empiriske kraftfeltmodeller vist sig at være et effektivt redskab til håndtering af DSC vibrationelle egenskaber, når valideret af AIMD og et eksperiment.

Strukturelle egenskaber af bindende motiver Repræsentative bindingsmotiver for de fire forskellige delladesæt er afbildet i figur 2, efter 15 ps md. I figur 2akan det for de (ovenfor beskrevne) litteraturbaserede ladninger ses, at der er en fremtrædende hydrogenbindingsinteraktion med en overfladeproton. Fra omhyggelige analyser af banen, brint bindinger er for det meste overflade-proton-bu...

Watch this Scientific Journal Video about Vibrational Spectra of a N719-Chromophore/Titania Interface from Empirical-Potential Molecular-Dynamics Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liqui

Vibrational Spectra of a N719-Chromophore/Titania Interface from Empirical-Potential Molecular-Dynamics Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liquid

En farvestof-sensibiliseret solcelle blev solvated af RTILs; ved hjælp af optimerede empiriske potentialer blev der anvendt en molekylær dynamiksimulering på beregningsvibrationelle egenskaber. De opnåede vibrationelle spektre blev sammenlignet med eksperiment og ab initio molekylær dynamik; forskellige empiriske potentielle spektre viser, hvordan parameterisering af den ioniske væske, der er delvis opladning, påvirker forudsigelseaf vibrationelle spektre.

Vibrationelle spektre af en N719-Chromophore/Titania Interface fra empirisk-potentiel molekylær-dynamik simulering, solvated af en rumtemperatur ionisk væske

The accurate molecular simulation prediction of vibrational spectra, and other structural, energetic and spectral characteristics, of photo-active ...

Denne protokol omhandler, hvor godt empiriske potentielle tilgange kan skræddersys til at løse og rimelig forudsigelse af strukturelle og vibrationelle egenskaber af prototypiske farvestof-sensibiliserede solcellesystemer. Dette er vigtigt på grund af de svimlende reducerede beregningsmæssige omkostningsovergange med mulighed for at anvende forskellige stikprøver. For at udføre en molekylær dynamisk simulering skal du DL_POLY simuleringssoftwarefilen og bruge det velvaliderede kraftfelt Lopez, et al.at slappe af rumtemperaturen ioniske væske konfiguration via empiriske potentialer. Brug derefter Matsui-Akaogi kraftfeltet, herunder Titanias mobilitet i afslapningsprocessen til at modellere anatase. Hvis du vil udføre en geometrioptimering med en konjuget gradientminimering relativ termineringsgradient på 0,0001, skal du angive optimering i feltfilen for 15 picosekontinger med et femtosesekund-tidsstop ved 300 Kelvin i et NVT-ensemble.Hvis du vil DL_POLY på terminalen, skal du DL_POLY. X.In kontrolfilen, skal du angive Nose-Hoover til NVT og vælge positionshastighedsbaneudskrivning hvert femtosekund. For anatase overfladen, sikre, at det er periodisk langs x og y laboratorium akser projicere til rumtemperaturen ioniske væsker et par parallelle overflader med en x-akse på 21 angstroms og en y-akse af 21 angstroms.Sørg for, at det farvestofsensibiliserede solcellesystem med et eksplicit opløsningsmiddel består af 827 atomer. For i vakuol tilfælde, bør der være 347 atomer i systemet. I feltfilen for Lennard-Jones parametre, anvende Lorentz-Berthelot kombinere regler og indtaste den aritmetiske gennemsnit af Lennard-Jones radier og det geometriske gennemsnit af Lennard-Jones godt dybder for empiriske kraft felter i den nederste del af feltet fil under ikke-bundet interaktioner fanen.Til at håndtere langtrækkende elektrostatik, anvende Ewald metode ved hjælp af en ikke-bundet cutoff længde på 10 angstroms og indstille den virkelige plads henfald parameter for Ewald metode i kontrolfilen til at være ca 3,14 per ikke-bundet cutoff længde. Vælg derefter antallet af Ewald-bølgevektorer for at sikre en relativ tolerance i Ewald-evalueringen på en gange 10 til den negative femtedel i kontrolfilen. Udfør en række potentielle energievalueringer med en REVCON-fil omdøbt som config, indtil systemtrykket i outputtet konvergerer til inden for et par procent for at vælge den ikke-bundet cutoff-længde.Fra oversigtsfilen skal du bruge Python-diatomhastigheden adskilt. i terminalen for at udtrække de enkelte x-, y- og z-hastigheder ved hvert trin. Hvis du vil beregne funktionen til automatisk korrelation af hastighed, skal du bruge vacf151005.py og indtast classical_dye_autocore. ind i terminalen. Den automatiske korrelationsfunktion hastighed beregnes for alle diatomerne.For at beregne spektre fra den molekylære dynamik, skal du bruge en massevægtet Fourier Transform af farvestoffets atomare hastighed auto korrelation funktion, skal du bruge Python MWPS. py og indtast run_all_4. sh i terminalen.Massevægtede effektspektre beregnes. For at vurdere delvise ændringssæt i rumtemperaturens ioniske væsker til kejserlige potentielle base molekylære dynamiske simulering til klar sammenligning med hinanden, forberede en tabel over litteraturafgifter og indtaste denne tabel i feltet filformat for DL-POLY. For at beregne Mulliken rumtemperatur ioniske væske afgifter, gennemsnit over fire punkter i ab-initio molekylære dynamik bane, re-normalisere og forberede en tabel over litteraturafgifter og indtast tabellen i feltfilformat for DL-POLY.For at udføre EHT-analysen skal du gennemsnitligt være over fire punkter i ab-initiomolekylær dynamikforløbet som implementeret i softwarepakken til det molekylære driftsmiljø. Normaliser og forbered en tabel over litteraturgebyrerne, og angiv feltet i feltfilformat for DL-POLY. Her vises repræsentative bindingsmotiver af de fire forskellige delladningssæt efter 15 picoseconds af molekylær dynamik.For litteraturen afledte afgifter som påvist, kan en fremtrædende brint limning interaktion med en overflade proton observeres. Men de tre ab-initio molekylære dynamik afledte ladningssæt har ikke en så stærk Coulombic interaktion med en overfladeproton. Den mindre størrelse af de delvise afgifter i den afledte litteratursag sammenlignet med de, der er udtaget på forskellige måder fra ab-initiomolekydikken, fører til mindre omfang af ladningsafskærmning i forhold til de større mængder delvise rumtemperaturionelle væskeladninger.Interessant, Mulliken afledt afgift sæt viser en vis vedvarende kinking af farvestoffet til at have en fremtrædende brint binding med en bro ilt atom på anatase overfladen. Den bedre kvalitet ladning passer fra ab-initio molekylær dynamik føre til mere realistiske N719 bindende motiver, der er i overensstemmelse med PEV-baserede Born-Oppenheimer molekylære dynamik byder Grimme-D3 spredning. Massevægtede ab-initio molekylære dynamik hastighed auto korrelation funktion spektrale resultater viser en klynge af spektroskopiske toppe på 300 til 400 centimeter region.De vigtigste toppe til stede i den klassiske spektre er på 600 og 800 centimeter for litteraturafledte afgifter, 525 og 800 centimeter for Mulliken afgifter, 675, 810 og 900 centimeter for EHT afgifter, og 650, 800 og 900 centimeter for Hirshfeld afgift sæt. Sørg for at kontrollere den oprindelige struktur af Titanias geometri i alle retninger. Til optimering kan kraftfelt bruges til at vurdere det empiriske potentiale ved vibrationelle spektre som forudsagt for den molekylære dynamik.ab-initio molekylær dynamik er en effektiv og lovende strategi. Brugen af molekylær dynamik er også sandsynligt, at være vigtigt i simulering aktivere farvestof-sensibiliserede solceller prototype

Research

JoVE Journal

Chemistry

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry (UPLC-HRMS)

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry UPLC-HRMS

Målrettede Metabolomics fra biologiske kilder Brug Ultraperformance væskekromatografi-højopløsningsmassespektrometri (UPLC-HRMS)

Here we present a workflow to analyze the metabolic profiles for biological samples of interest including; cells, serum, or tissue. The sample is first ...

Isolation and Preparation of Bacterial Cell Walls for Compositional Analysis by Ultra Performance Liquid Chromatography

Isolering og forberedelse af bakteriecellevægge til kompositorisk analyse af ultraperformet væskekromatografi

The bacterial cell wall is critical for the determination of cell shape during growth and division, and maintains the mechanical integrity of cells in the ...

Highly Stereoselective Synthesis of 1,6-Ketoesters Mediated by Ionic Liquids: A Three-component Reaction Enabling Rapid Access to a New Class of Low Molecular Weight Gelators

Meget Stereoselektiv Syntese af 1,6-Ketoestere medieret af ioniske væsker: en tre-komponent Reaktion Aktivering hurtig adgang til en ny klasse af lavmolekylære Gelators

In organic chemistry ionic liquids (ILs) have emerged as safe and recyclable reaction solvents. In the presence of a base ILs can be deprotonated to form ...

Preparation of Carbon Nanosheets at Room Temperature

Udarbejdelse af Carbon Nanosheets ved stuetemperatur

Amphiphilic molecules equipped with a reactive, carbon-rich "oligoyne" segment consisting of conjugated carbon-carbon triple bonds self-assemble into ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Syntese og Eksfoliering af Discotic Zirconium Fosfater fås Kolloid Flydende Krystaller

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Temperature-programmed Deoxygenation of Acetic Acid on Molybdenum Carbide Catalysts

Temperatur-programmeret iltsvind i eddikesyre på Molybdæn Carbide Katalysatorer

Temperature programmed reaction (TPRxn) is a simple yet powerful tool for screening solid catalyst performance at a variety of conditions. A TPRxn system ...

From Molecules to Materials: Engineering New Ionic Liquid Crystals Through Halogen Bonding

Fra molekyler til materialer: Engineering nye ionisk væske krystaller gennem Halogen limning

Herein, we demonstrate that a bottom-up approach, based on halogen bonding (XB), can be successfully applied for the design of a new type of ionic liquid ...

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy (TIRAS) for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

Total Internal Reflection Absorption Spectroscopy TIRAS for the Detection of Solvated Electrons at a Plasma-liquid Interface

Total interne Reflection Absorption spektroskopi (TIRAS) til påvisning af Solvated elektroner på en Plasma-flydende Interface

The total internal reflection absorption spectroscopy (TIRAS) method presented in this article uses an inexpensive diode laser to detect solvated ...

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

Mikrofluid fremstilling af flydende krystallinske Elastomer aktuatorer

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Multiscale Sampling of a Heterogeneous Water/Metal Catalyst Interface using Density Functional Theory and Force-Field Molecular Dynamics

Multiscale prøveudtagning af en heterogene vand/Metal katalysator Interface ved hjælp af tæthed funktionelle teori og kraftfelt Molekylær dynamik

A significant number of heterogeneously-catalyzed chemical processes occur under liquid conditions, but simulating catalyst function under such conditions ...