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

De auteurs bedanken Prof. David Coker voor nuttige discussies en Science Foundation Ireland (SFI) voor het verstrekken van High-Performance Computing middelen. Dit onderzoek werd ondersteund door de bilaterale financieringsregeling SFI-NSFC (subsidienummer SFI/17/NSFC/5229), evenals het Programma voor Onderzoek in instellingen op het derde niveau (PRTLI) Cyclus 5, medegefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling.

1. MD-simulatie uitvoeren met behulp van DL_POLY
<ol><li>Bouw de DSC-systemen initiële structuur van de N719-kleurstof adsorbed tot een anatase-titania (101) oppervlak oplosbaar door [bmim]+[NTf2]- afkomstig van eerder werk12,13. Teken de vereiste structuur met VESTA-software.</li>
	<li>Kies de N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic acid)-ruthenium (II)-sensibiliserende kleurstof zonder tegenmaatregelen en zorg ervoo...

<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 simulatie technieken zijn duur uit te voeren en dus simulatie uit te voeren op veel langere tijdschalen zou het gebruik van empirische krachtvelden voor ten minste een deel van het DSC-systeem vereisen. Tegen dit doel werd een gelijkwaardig atomistisch model gemaakt van de [bmim]+[NTf2]- oplosbare interface, met behulp van een empirisch, klassiek-simulatie krachtveld voor MD. De anatase werd gemodelleerd met behulp van de Matsui-Akaogi (MA) krachtveld, terwijl de kleurstof structuur werd b...

In verf-gesensibiliseerde zonnecellen (DSCs), wordt de optische bandhiaat van halfgeleiders overbrugd door een licht-absorberende, of sensibiliserende, kleurstof. DSCs vereisen voortdurend opladen: daarom is een redox-elektrolyt essentieel om deze constante ladingte bevorderen (meestal in de vorm van een I-/I3-, in een organisch oplosmiddel). Dit vergemakkelijkt de passage van gaten van de sensibiliserende kleurstof naar het elektrolyt, met geïnjecteerde foto-opgewonden elektronen in het metaaloxide substraat passeren naar een extern circuit, met uiteindelijke recombinatie die plaatsvindt op de kathode1. Een cruciaal aspect dat ten grondslag ligt aan de positieve vooruitzichten van DSCs voor een breed scala aan toepassingen in de echte wereld, komt voort uit hun eenvoudige productie, zonder dat grondstoffen hoog in zuiverheid nodig zijn; dit staat in schril contrast met de hoge kapitaalkosten en ultrazuiverheid die nodig zijn voor fotovoltaïsche energie op basis van silicium. In ieder geval toont het vooruitzicht van een aanzienlijke verbetering van de arbeidstijdvan DSCs door minder stabiele elektrolyten te verwisselen met ionische vloeistoffen (RTIL's) met een lage volatiliteit. De solide fysieke eigenschappen van RTILs in combinatie met hun vloeibare elektrische eigenschappen (zoals lage toxiciteit, ontvlambaarheid en volatiliteit)1 leiden deze tot vrij uitstekende kandidaat elektrolyten vormen voor gebruik in DSC-toepassingen.
Gezien dergelijke vooruitzichten voor RTILs in DSC's is het niet verwonderlijk dat er de afgelopen jaren een aanzienlijke toename van de activiteit is geweest bij het bestuderen van DSC-prototype N719-chromophore/titania-interfaces met RTILs. In het bijzonder is er op2,3,4,5,met name belangrijke werkzaamheden aan dergelijke systemen verricht, waarbij rekening wordt gehouden met een brede reeks fysisch-chemische processen, waaronder de temperatuuraanvullingskinetiek in kleurstoffen2,5,de mechanistische stappen van elektronengatdynamiek en overdracht3, en natuurlijk de effecten van de nanoschaalaard van titaniasubstraten op deze en andere processen4.
Nu, rekening houdend met indrukwekkende vooruitgang in DFT-gebaseerde moleculaire simulatie, met name AIMD6, als een zeer nuttig prototypische ontwerptool in de materiaalkunde en in het bijzonder voor DSCs7,8,9,10,11, waarbij kritische beoordeling van optimale functionele selectie van vitaal belang is8,9, AIMD technieken hebben bewezen zeer nuttig eerder bij het onderzoeken van vrij significante dispersie en expliciet-RTIL solvation effecten op kleurstof structuur, adsorptie modi en trillingseigenschappen op DSC-halfgeleider oppervlakken. Met name de goedkeuring van AIMD had geleid tot enig succes bij het bereiken van redelijke, semi-kwantitatieve vangst en voorspelling van belangrijke elektronische eigenschappen, zoals bandkloof, evenals structurele binding13en trillingsspectra14In refs. 12-14, AIMD simulaties werden uitgebreid uitgevoerd op de foto-actieve N719-chromophore kleurstof gebonden aan (101) anatase-titania oppervlak, het beoordelen van zowel elektronische eigenschappen en structurele eigenschappen in aanwezigheid van zowel [bmim]+[NTf2]-12,13en [bmim]+[I]-14RTILs, naast trillingsspectra voor het geval van [bmim]+[I]-14. Met name de stijfheid van het oppervlak van de halfgeleider15, afgezien van de inherente vergelijkende fotoactiviteit, leidde het oppervlak enigszins te veranderen binnen de AIMD simulatie, die maakt (101) anatase interfaces12,13,14een geschikte keuze. Zoals ref. 12 laat zien, daalde de gemiddelde afstand tussen de kationen en het oppervlak met ongeveer 0,5 Å, de gemiddelde scheiding tussen de kationen en anionen met 0,6 Å en de merkbare wijziging van de RTIL's in de eerste laag rond de kleurstof, waar de kation op aver was leeftijd 1,5 Å verder van het centrum van de kleurstof, werden direct veroorzaakt door expliciete dispersie interacties in RTIL-oplosbare systemen. Niet-fysieke knikken van de configuratie van de adsorbeerde N719 kleurstof was ook een gevolg van de introductie van expliciete dispersie-effecten in vacuo. In ref. 13 werd onderzocht of deze structurele effecten van expliciete RTIL-oplosbaarheid en functionele selectie het gedrag van de DSSCs beïnvloedden, waarbij werd geconcludeerd dat zowel expliciete solvation als behandeling van dispersie zeer belangrijk is. In ref. 14, met hoogwaardige experimentele trillingsspectrale gegevens van andere groepen bij de hand, werden de specifieke effecten systematisch gebenchmarkt op zowel expliciete [bmim]+[I]-solvation en nauwkeurige behandeling van dispersie vastgesteld in refs. 12 & 13 over de reproductie van opvallende spectrale functies; dit leidde tot de conclusie dat expliciete solvation belangrijk is, naast een nauwkeurige behandeling van dispersieinteracties, die eerdere bevindingen voor zowel structurele als dynamische eigenschappen in het geval van AIMD-modellering van katalysatoren in expliciet oplosmiddel weerkaatst16. Mosconi et al. hebben ook een indrukwekkende beoordeling uitgevoerd van de expliciete effecten op de DFT-behandeling van DSC-simulatie17. Bahers e.a.18experimentele absorptiespectra voor kleurstoffen en de bijbehorende spectra op TD-DFT-niveau bestudeerd; deze TD-DFT spectra overeengekomen zeer goed in termen van hun berekende overgangen met hun experimentele tegenhangers. Daarnaast werden absorptiespectra van pyrrolidine (PYR) derivaten door Preat et al. onderzocht in verschillende oplosmiddelen19, het verstrekken van significante inzichten in de geometrische en elektronische structuren van kleurstoffen en het uitzetten van adequate structurele wijzigingen die dienen om de eigenschappen van de OP PYR gebaseerde DSSCs te optimaliseren - een geest van simulatie-led/gerationaliseerd 'moleculair ontwerp', inderdaad.
Na duidelijk de belangrijke bijdrage van zowel DFT als AIMD aan nauwkeurige modellering van de eigenschappen en functie van DSC's, met inbegrip van belangrijke technische zaken zoals expliciete solvation en passende behandeling van dispersieinteracties uit structurele, elektronische en trillingsstandpunten7,8,9,10,11,12,13,14, nu - in de huidige werk - de focus draait op de pragmatische vraag hoe goed empirisch-potentiële benaderingen kunnen worden afgestemd op de apposite en redelijke voorspelling van structurele en trillingseigenschappen van dergelijke prototypische DSC-systemen aan te pakken, waarbij de N719 kleurstof adsorbeerd op anatase (101) in de [bmim]+[NTf2]- RTIL als een voorbeeld. Dit is belangrijk, niet alleen vanwege het grote corpus van op krachtveld gebaseerde moleculaire simulatieactiviteiten en methodologische machines die beschikbaar zijn om DSC-simulatie7,en metaaloxideoppervlakken breder aan te pakken, maar ook vanwege hun onthutsend lagere rekenkosten ten opzichte van DFT-gebaseerde benaderingen, samen met de mogelijkheid van een zeer efficiënte koppeling aan bevooroordeelde bemonsteringsbenaderingen om efficiënter eerruimte en structurele evolutie in zeer viscous RTIL-oplosmiddelen vast te leggen, gedomineerd door solide fysieke eigenschappen bij omgevingstemperaturen. Daarom, gemotiveerd door deze open vraag van het meten en optimaliseren van forcefield benaderingen, geïnformeerd door zowel DFT en AIMD, alsmede experimentele gegevens voor trillingsspectra14, wenden we ons tot de dringende taak van de beoordeling van empirisch-potentiële prestaties op vibrationele-spectra voorspelling van MD, met behulp van massa-gewogen Fourier transformaties van de N719 kleurstof autocorrelatie functie (VACF). Een van de belangrijkste punten van zorg is hoe verschillende parameterisaties van de RTIL van invloed kunnen zijn op de voorspelling van trillingsspectra, en bijzondere aandacht werd besteed aan dit punt, evenals de bredere taak om krachtvelden aan te passen voor optimale spectrale-modus voorspelling ten opzichte van experiment en 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

De nauwkeurige moleculaire simulatie voorspelling van trillingsspectra, en andere structurele, energetische en spectrale kenmerken, van foto-actieve metaaloxide oppervlakken in contact met lichtabsorberende kleurstoffen is een voortdurende netelige en ongrijpbare uitdaging in de fysieke chemie. Met dit in gedachten, een moleculair-dynamica (MD) simulatie werden uitgevoerd met behulp van geoptimaliseerde empirische potentialen voor een goed representatieve en prototypische kleurstof-sensibiliseerde zonnecel (DSC) oplosbaar door een veel bestudeerde kamertemperatuur ionische vloeistof (RTIL), onder het mom van een [bmim]+[NTf2]- R solvating een N719-sensibiliserende kleurstof adsorbed op 101 anatase-titania. Daarbij werden belangrijke inzichten verkregen in hoe het gebruik van een RTIL als de elektrolytische gat acceptor moduleert de dynamische en trillingseigenschappen van een N719 kleurstof, het schatten van de spectra voor de DSC foto-actieve interface via Fourier transformatie van massa-gewogen snelheid autocorrelatie functies van MD. De verworven trillingsspectra werden vergeleken met de experimentspectra en de spectra die werden bemonsterd uit ab initio moleculaire dynamica (AIMD); in het bijzonder geven verschillende empirisch potentiële spectra gegenereerd door MD inzicht in hoe de parameterisatie van de onische vloeistof van de trillingslastbeïnvloedt. In ieder geval is aangetoond dat een zorgvuldige montage van empirische krachtveldmodellen een effectief instrument is bij het hanteren van DSC-trillingseigenschappen, wanneer gevalideerd door AIMD en een experiment.

Structurele eigenschappen van bindende motieven Representatieve bindende motieven voor de vier verschillende deellaadsets zijn afgebeeld in figuur 2, na 15 pk MD. In figuur 2a, voor de (hierboven beschreven) literatuur-afgeleide ladingen, kan worden gezien dat er een prominente waterstof-binding interactie met een oppervlakteproton. Van zorgvuldige analyses van de baan, zijn de waterstofbanden...

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

Een kleurstof-gesensibiliseerde zonnecel werd oplosbaar door RTILs; met behulp van geoptimaliseerde empirische mogelijkheden, werd een moleculaire dynamiek simulatie toegepast om trillingen eigenschappen te berekenen. De verkregen trillingsspectra werden vergeleken met experiment en ab initio moleculaire dynamica; verschillende empirische potentiële spectra laten zien hoe de parameterisatie van de onische vloeistof voor de gedeeltelijke lading van de trillingsspectravoorspelling beïnvloedt.

Vibrationele Spectra van een N719-Chromophore/Titania Interface van Empirisch-Potential Molecular-Dynamics Simulation, oplosbaar door een ionische vloeistof van kamertemperatuur

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

Dit protocol behandelt hoe goed empirische potentiële benaderingen kunnen worden aangepast aan de en redelijke voorspelling van structurele en trillingseigenschappen van prototypische kleurstof-gesensibiliseerde zonnecelsystemen aan te pakken. Dit is belangrijk vanwege de onthutsend verminderde computationele kosten benaderingen met de mogelijkheid van verschillende bemonstering benaderingen. Om een moleculair dynamische simulatie uit te voeren, opent u het DL_POLY simulatiesoftwarebestand en gebruikt u het goed gevalideerde krachtveld van Lopez, et al.om de kamertemperatuur ionische vloeistofconfiguratie te ontspannen via empirische potentialen. Gebruik vervolgens het krachtveld Matsui-Akaogi inclusief de mobiliteit van de Titania in het ontspanningsproces om anatase te modelleren. Als u een geometrieoptimalisatie wilt uitvoeren met een verconjugverloopminimisatieminimisatie relatieve beëindigingsverloop van 0,0001, geeft u optimalisatie in het veldbestand op voor 15 picoseconden met een één femtosecondetijdstop bij 300 Kelvin in een NVT-ensemble.Als u DL_POLY op de terminal wilt uitvoeren, voert u DL_POLY in. X.In het controlebestand, specificeer Nose-Hoover voor NVT en kies voor positiesnelheidstraject afdrukken om de een of andere femtoseconde. Voor het anataseoppervlak, zorg ervoor dat het periodiek langs de x- en laboratoriumassen is die naar de kamertemperatuur ionische vloeistoffen een paar parallelle oppervlakken projecteren met een x-as van 21 angstroms en een y-as van 21 angstroms.Zorg ervoor dat het kleurstof-gesensibiliseerde zonnecelsysteem met een expliciet oplosmiddel uit 827 atomen bestaat. Voor de in vacuole geval, moeten er 347 atomen in het systeem. In het veldbestand voor Lennard-Jones parameters, toe te passen Lorentz-Berthelot combineren regels en voer de rekenkundige gemiddelde van de Lennard-Jones stralen en het geometrische gemiddelde van de Lennard-Jones goed diepten voor de empirische kracht velden in het onderste gedeelte van het veld bestand onder de niet-gebonden interacties tabblad.Voor het verwerken van lange afstand elektrostatica, de Ewald methode toe te passen met behulp van een niet-gebonden cutoff lengte van 10 angstroms en stel de echte ruimte verval parameter voor de Ewald methode in het controlebestand op ongeveer 3,14 per niet-gebonden cutoff lengte. Selecteer vervolgens het aantal Ewald-golfvectoren om een relatieve tolerantie te garanderen in de Ewald-evaluatie van één keer 10 tot de negatieve vijfde in het controlebestand. Voer een reeks potentiële energie-evaluaties uit met een REVCON-bestand dat als config wordt omgedoopt tot config totdat de systeemdruk in de output convergeert naar binnen een paar procent om de niet-gebonden cutoff-lengte te selecteren.Gebruik in het geschiedenisbestand de diatomeeënsnelheid van Python afzonderlijk. py in de terminal om de individuele x-, y- en z-snelheden bij elke stap te extraheren. Gebruik vacf151005 om de functie snelheidsauto-correlatie te berekenen.py en voer classical_dye_autocore. sh in naar de terminal. De snelheid automatische correlatie functie zal worden berekend voor alle diatomeeën.Gebruik Python MWPS om de spectra uit de moleculaire dynamica te berekenen, gebruik een massagewogen Fourier Transformatie van de autocorrelatiefunctie van de atoomsnelheid van de kleurstof. py en voer run_all_4. sh in de terminal.De massa gewogen power spectra zal worden berekend. Om gedeeltelijke veranderingsssets in de kamertemperatuur ionische vloeistoffen voor keizerlijke potentiële basis moleculaire dynamische simulatie voor klaar vergelijking tegen elkaar te beoordelen, stelt u een tabel van de literatuurladingen voor en voer deze tabel in het veldbestandsformaat voor DL-POLY. Voor het berekenen van de Mulliken kamertemperatuur ionische vloeistof ladingen, gemiddeld meer dan vier punten van de ab-initio moleculaire dynamica traject, opnieuw normaliseren en bereiden van een tabel van de literatuur kosten en voer de tabel in veld bestandsformaat voor DL-POLY.Om de EHT-analyse uit te voeren, gemiddeld meer dan vier punten van het ab-initio moleculaire dynamicatraject zoals geïmplementeerd in het moleculaire werkomgevingsoftwarepakket. Normaliseer en bereid een tabel van de literatuurkosten opnieuw voor en voer het veld in veldbestandsindeling voor DL-POLY. Hier worden representatieve bindende motieven van de vier verschillende partiële ladingssets na 15 picoseconden van moleculaire dynamica getoond.Voor de literatuur afgeleide lasten zoals aangetoond, kan een prominente interactie van de waterstofbinding met een oppervlakteproton worden waargenomen. Echter, de drie ab-initio moleculaire dynamica afgeleide lading sets niet beschikken over een dergelijke sterke Coulombic interactie met een oppervlak proton. Inderdaad, de kleinere omvang van de gedeeltelijke ladingen in de literatuur afgeleid geval in vergelijking met die bemonsterd op verschillende manieren van ab-initio moleculaire dynamica leidt tot mindere mate van lading afscherming in verhouding tot de grotere omvang gedeeltelijke kamertemperatuur ionische vloeistof ladingen.Interessant is dat de Mulliken afgeleide lading set toont een bepaalde aanhoudende knikken van de kleurstof om een prominente waterstof binding met een overbruggingszuurstof atoom op het anatase oppervlak hebben. De betere kwaliteit lading past uit ab-initio moleculaire dynamiek leiden tot meer realistische N719 bindende motieven die in overeenstemming zijn met PEV-gebaseerde Born-Oppenheimer moleculaire dynamiek met Grimme-D3 dispersie. De massa gewogen ab-initio moleculaire dynamica snelheid automatische correlatie functie spectrale resultaten tonen een cluster van spectroscopische pieken op 300 tot 400 centimeter regio.De belangrijkste pieken aanwezig in de klassieke spectra zijn op 600 en 800 centimeter voor de literatuur afgeleide kosten, 525 en 800 centimeters voor de Mulliken kosten, 675, 810 en 900 centimeter voor de EHT kosten, en 650, 800 en 900 centimeters voor de Hirshfeld lading set. Zorg ervoor dat u de oorspronkelijke structuur van de geometrie van de Titania in alle richtingen controleert. Om te optimaliseren, kracht veld kan worden gebruikt om het empirische potentieel te beoordelen bij trillingsspectra zoals voorspeld voor de moleculaire dynamiek.ab-initio moleculaire dynamica is een effectieve en veelbelovende strategie. Het gebruik van moleculaire dynamica is waarschijnlijk ook belangrijk in simulatie mogelijk kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen 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

Ongerichte Metabolomics uit biologische grondstoffen gebruiken UltraPerformance Liquid Chromatography-hoge resolutie massaspectrometrie (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

Isolatie en bereiding van bacteriële celwanden voor compositorische analyse door Ultra Performance Liquid Chromatography

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

Zeer Stereoselectieve Synthese van 1,6-ketoesters gemedieerd door ionische vloeistoffen: Een drie-componenten reactie Enabling snelle toegang tot een nieuwe klasse met een laag molecuulgewicht 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

Voorbereiding van de Carbon Nanosheets bij kamertemperatuur

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

Synthese en afschilfering van discotische zirkonium Fosfaten om colloïdale vloeibare kristallen te verkrijgen

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

-Temperatuur geprogrammeerde deoxygenation azijnzuur op Molybdeen Carbide Catalysts

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

Van moleculen tot materialen: Engineering van nieuwe Ionische vloeibare kristallen door middel van halogeen Bonding

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

Totale interne reflectie Absorptie spectroscopie (TIRAS) voor het opsporen van Solvated elektronen op een Plasma-vloeistof-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

Microfluidic voorbereiding van vloeibaar kristallijne elastomeer actuatoren

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 bemonstering van een heterogene katalysator-Interface voor Water/metaal is met behulp van dichtheid functionele theorie en krachtveld moleculaire dynamica

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