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

Gli autori ringraziano il professor David Coker per le discussioni utili e la Science Foundation Ireland (SFI) per la fornitura di risorse di High-Performance Computing. Questa ricerca è stata sostenuta dal programma di finanziamento bilaterale SFI-NSFC (numero di sovvenzione SFI/17/NSFC/5229), nonché dal programma per la ricerca nelle istituzioni di terzo livello (PRTLI), cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale.

1. Esecuzione di MD Simulation utilizzando DL_POLY
<ol><li>Costruire la struttura iniziale dei sistemi DSC degli adsorbiti di colorante N719 su una superficie anatase-titania (101) solvated da [bmim]- tratto dal lavoro precedente12,13. Disegnare la struttura richiesta utilizzando il software VESTA.</li>
	<li>Scegliere il colorante N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic acid)-ruthenium (II)-sensitizzazione senza contro...

<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. 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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>

Le tecniche di simulazione di Ab initio sono costose da eseguire e quindi eseguire simulazioni su scale temporali molto più lunghe richiederebbero l'uso di campi di forza empirici per almeno una parte del sistema DSC. A tal fine, è stato creato un modello atomistico equivalente dell'interfaccia [bmim]-[NTf2]- solvated, utilizzando un campo di forza empirico e classico-simulazione per MD. L'anatase è stato modellato utilizzando il campo di forza Matsui-Akaogi (MA), mentre la struttura del colorant...

Nelle celle solari sensibilizzate ai coloranti (DSC), la fessura della banda ottica dei semiconduttori è colmata da un colorante che assorbe la luce o sensibilizza. I DSC richiedono una ricarica continua: quindi, un elettrolita redox è essenziale per favorire questa costante fornitura di carica (tipicamente sotto forma di I-/I3-, in un solvente organico). Questo facilita il passaggio dei fori dal colorante sensibilizzante all'elettrolita, con elettroni foto-eccitati iniettati nel substrato di ossido di metallo che passa attraverso un circuito esterno, con eventuale ricombinazione che avviene al catodo1. Un aspetto cruciale alla base delle prospettive positive dei DSC per un'ampia varietà di applicazioni del mondo reale ha origine nella loro produzione semplice, senza la necessità di materie prime ad alto contenuto di purezza; questo è in netto contrasto con l'elevato costo di capitale e l'ultrapurezza necessaria per il fotovoltaico a base di silicio. In ogni caso, la prospettiva di migliorare significativamente i tempi di vita lavorativa dei DSC scambiando elettroliti meno stabili con liquidi ionici a temperatura ambiente (RTIL) a bassa volatilità mostra una promessa significativa. Le proprietà fisiche solide degli RTI combinati con le loro proprietà elettriche liquide (come bassa tossicità, infiammabilità e volatilità)1 li portano a costituire elettroliti candidati piuttosto eccellenti per l'utilizzo nelle applicazioni DSC.
Date tali prospettive di RTI nei DSC, non sorprende che negli ultimi anni vi sia stato un notevole incremento dell'attività nello studio delle interfacce DSC-prototype N719-chromophore/titania con rtiL. In particolare, è stato eseguito un importante lavoro su tali sistemi2,3,4,5, che considerano un'ampia serie di processi fisico-chimici, tra cui la cinetica di rifornimento di carica nei coloranti2,5, i passaggi meccanicistici della dinamica del buco elettronico e del trasferimento3e, naturalmente, gli effetti della natura nanoscala della titania substrates su questi e altri processi4.
Ora, tenendo conto di progressi impressionanti nella simulazione molecolare basata su DFT, in particolare AIMD6, come strumento prototipico di progettazione molto utile nella scienza dei materiali e in particolare per i DSC7,8,9,10,11, con una valutazione critica della selezione funzionale ottimale8,9, le tecniche AIMD si sono dimostrate molto utili in precedenza nell'esame di una dispersione piuttosto significativa e degli effetti di solvazione esplicita-RTIL sulla struttura del colorante, sulle modalità di assorbione e sulle proprietà vibrazionali sulle superfici dei semiconduttori DSC. In particolare, l'adozione di AIMD aveva portato a un certo successo nel raggiungere una cattura ragionevole e semi-quantitativa e nella previsione di importanti proprietà elettroniche, come il divario tra bande,13e spettri vibrazionali14In refs. 12-14, le simulazioni AIMD sono state eseguite ampiamente sul colorante n719-chromoforo fotoattivo legato alla superficie (101) di una superficie natase-titania, valutando sia le proprietà elettroniche che le proprietà strutturali in presenza sia di [bmim]+[NTf2]-12,13e [bmim]+[I]-14RTI, oltre agli spettri vibrazionali per il caso di [bmim]+[I]-14. In particolare, la rigidità della superficie del semiconduttore15, a parte la sua inerente fotoattività comparativa, ha portato la superficie a modificare leggermente all'interno della simulazione AIMD, il che rende (101) interfacce anatesi12,13,14una scelta adatta. Come mostra il rif. 12, la distanza media tra le cations e la superficie è diminuita di circa 0,5 gradi, la separazione media tra le cations e gli anioni è diminuita di 0,6 gradi e la notevole alterazione degli rti nel primo strato intorno al tingito, dove la cation era più lontano dal centro del coloranti, sono stati causati direttamente da esplicite interazioni di dispersione nei sistemi RTIL-solvated. Anche la piegatura non fisica della configurazione del tintura N719 adsorbita è stata il risultato dell'introduzione di effetti di dispersione espliciti nel vacuo. In ref. 13, è stata condotta un'analisi sul fatto che questi effetti strutturali della solvazione RTIL esplicita e della selezione funzionale influenzassero il comportamento dei DSSC, concludendo che sia la solvazione esplicita che il trattamento della dispersione sono molto importanti. Nel ref. 14, con dati sperimentali-spettrali di alta qualità di altri gruppi a portata di mano, gli effetti particolari sono stati valutati sistematicamente sia su [bmim]+[I]-la solvazione e la gestione accurata della dispersione stabilita negli arbitri. 12 e 13 sulla riproduzione delle caratteristiche salienti in modalità spettrale; ciò ha portato alla conclusione che la solvazione esplicita è importante, insieme al trattamento accurato delle interazioni di dispersione, riecheggiando i risultati precedenti per le proprietà strutturali e dinamiche nel caso della modellazione AIMD dei catalizzatori in solvente esplicito16. Infatti, Mosconi et al. hanno anche effettuato un'impressionante valutazione degli effetti di solvazione esplicita sul trattamento DFT della simulazione DSC17. Bahers ealtri.18studiato spettri sperimentali di assorbimento per coloranti insieme ai relativi spettri a livello di TD-DFT; questi spettri TD-DFT concordavano molto bene in termini di transizioni calcolate con le loro controparti sperimentali. Inoltre, gli spettri di assorbimento dei derivati della pirrodina (PYR) sono stati studiati da Preat et al. in diversi solventi19, fornendo informazioni significative sulle strutture geometriche ed elettroniche dei coloranti, ed evincendo adeguate modifiche strutturali che servono a ottimizzare le proprietà dei DSSC basati su PYR - uno spirito di "progettazione molecolare" guidata dalla simulazione/razionalizzata, anzi.
Avendo chiaramente stabilito l'importante contributo di DFT e AIMD alla modellazione accurata delle proprietà e della funzione dei DSC, comprese questioni tecniche importanti come la solvazione esplicita e il trattamento appropriato delle interazioni di dispersione da punti di vista strutturali, elettronici e vibrazionali7,8,9,10,11,12,13,14, ora - nel lavoro attuale - l'attenzione si rivolge alla questione pragmatica di come ben approcci empirico-potenziale può essere adattato per affrontare l'apposito e ragionevole previsione delle proprietà strutturali e vibrazionali di tali sistemi DSC prototipici, prendendo il colorante N719 adsorbito su anatase (101) nel [bmim]-[NTf2]- RTIL come caso in questione. Questo è importante, non solo a causa del grande corpus di attività di simulazione molecolare basate su campo di forza e di macchinari metodologici disponibili per affrontare la simulazione DSC7e le superfici di ossido di metallo più ampiamente, ma anche a causa del loro costo computazionale incredibilmente ridotto rispetto agli approcci basati sulla DFT, insieme alla possibilità di approcci di accoppiamento molto efficienti al campionamento per catturare in modo più efficiente lo spazio e l'evoluzione strutturale in scenari altamente vicousi, dominata da proprietà fisiche solide a temperature ambientali. Pertanto, motivati da questa questione aperta di misurazione e ottimizzazione degli approcci del campo di forza, informati sia da DFT che AIMD, nonché da dati sperimentali per gli spettri vibrazionali14, ci rivolgiamo al compito pressante di valutare le prestazioni empiriche-potenziali a previsione degli spettri vibrazionali da MD, utilizzando trasformazioni Fourier ponderate in massa della funzione di autocorrelazione atomica della velocità del tinricin N719 (VACF). Una preoccupazione fondamentale è come diverse parametrizzazioni di carica parziale del RTIL possono influenzare la previsione vibrazionale-spettrale, e particolare attenzione è stata data a questo punto, così come il più ampio compito di personalizzare i campi di forza per la previsione ottimale in modalità spettrale rispetto all'esperimento e AIMD20.

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			<td>This was a molecular simulation, so no experimental equipment was used.</td>
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			<td>The name of the software was DL-POLY (the &#39;Classic&#39; version of which is available under GnuPublic Licence, via sourceforge)</td>
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vibrational spectra of a n719-chromophore/titania interface from empirical-potential molecular-dynamics simulation, solvated by a room temperature ionic liquid

L'accurata previsione molecolare degli spettri vibrazionali e di altre caratteristiche strutturali, energetiche e spettrali delle superfici foto-attive dell'ossido metallico a contatto con coloranti che assorbono la luce è una sfida continua spinosa ed elusiva nella chimica fisica. In quest'ottica, una simulazione di dinamica molecolare (MD) è stata eseguita utilizzando potenziali empirici ottimizzati per una cella solare a colorante ben rappresentativa e prototipica (DSC) solvata da una temperatura ambiente liquido (RTIL), sotto forma di [bmim]-[NTf2]- RTIL solvando un colorante sensibilizzante N719 adsituato su 101 anatase-titania. In tal modo, sono state approfondite conoscenze importanti nel modo in cui l'utilizzo di un RTIL come accettatore di fori elettrolitici modula le proprietà dinamiche e vibrazionali di un colorante N719, stimando gli spettri per l'interfaccia foto-attiva DSC tramite la trasformazione di Fourier delle funzioni di autocorrelazione a velocità ponderata in massa da MD. Gli spettri vibrazionali acquisiti sono stati confrontati con gli spettri dell'esperimento e quelli campionati dalla dinamica molecolare dell'initio ab (AIMD); in particolare, vari spettri empirico-potenziale generati da MD forniscono informazioni su come la parametrizzazione della carica di carica parziale del liquido ionico influisce sulla previsione degli spettri vibrazionali. In ogni caso, un attento adattamento dei modelli empirici del campo di forza si è dimostrato uno strumento efficace nella gestione delle proprietà vibrazionali DSC, quando vengono convalidati da AIMD e da un esperimento.

Proprietà strutturali dei motif di rilegatura Motivi di rilegatura rappresentativi per i quattro diversi set a carica parziale sono raffigurati in Figura 2, dopo 15 ps di MD. Nella Figura 2a, per le cariche derivate dalla letteratura (sopra descritte), si può vedere che esiste un'interazione prominente di legame dell'idrogeno con un protone di superficie. Da un'attenta analisi della traietto...

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

Una cella solare sensibilizzata ai coloranti è stata solvasa dagli RTI; utilizzando potenziali empirici ottimizzati, è stata applicata una simulazione di dinamica molecolare per calcolare le proprietà vibrazionali. Gli spettri vibrazionali ottenuti sono stati confrontati con la dinamica molecolare dell'esperimento e dell'initio ab; vari spettri potenziali empirici mostrano come la parametrizzazione della carica parziale del liquido ionico influenzi la previsione degli spettri vibrazionali.

Spettri vibrazionali di un'interfaccia N719-Chromophore/Titania da Simulazione empirica-potenziale di dinamica molecolare, solvata da un liquido ionico a temperatura ambiente

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

Questo protocollo affronta il modo in cui gli approcci empirici potenziali possono essere adattati per affrontare la previsione ragionevole delle proprietà strutturali e vibrazionali dei sistemi a celle solari prototipali sensibilizzati al colorante. Ciò è importante a causa degli approcci di costo computazionale incredibilmente ridotti con la possibilità di vari approcci di campionamento. Per eseguire una simulazione dinamica molecolare, aprire DL_POLY file software di simulazione e utilizzare il campo di forza ben convalidato di Lopez, et al.per rilassare la configurazione del liquido ionico a temperatura ambiente attraverso potenziali empirici. Quindi usa il campo di forza Matsui-Akaogi, inclusa la mobilità della Titania nel processo di rilassamento per modellare l'anatasi. Per eseguire un'ottimizzazione della geometria con un gradiente di terminazione relativo coniugato di 0,0001, specificate l'ottimizzazione nel file di campo per 15 picosecondi con un'interruzione del tempo di un femtosecondo a 300 Kelvin in un insieme NVT.Per eseguire DL_POLY sul terminale, immettere DL_POLY. X.In file di controllo, specificate Nose-Hoover per NVT e optate per la traiettoria della velocità di posizione stampando ogni femtosecondo. Per la superficie anatasi, assicurarsi che sia periodico lungo gli assi di laboratorio x e y proiettando alla temperatura ambiente liquidi ionici una coppia di superfici parallele con un asse x di 21 angstrom e un asse y di 21 angstrom.Assicurarsi che il sistema di celle solari sensibilizzato al colorante con un solvente esplicito sia composto da 827 atomi. Per il caso vacuole, ci dovrebbero essere 347 atomi nel sistema. Nel file di campo per i parametri di Lennard-Jones, applicare le regole di combinazione lorentz-berthelot e immettere la media aritmetica dei raggi di Lennard-Jones e la media geometrica delle profondità dei pozzi di Lennard-Jones per i campi di forza empirica nella sezione inferiore del file di campo sotto la scheda interazioni non incollate.Per gestire l'elettrostatica a lungo raggio, applicate il metodo Ewald utilizzando una lunghezza di taglio non incollata di 10 angstrom e impostate il parametro di decadimento dello spazio reale per il metodo Ewald nel file di controllo su circa 3,14 per lunghezza di taglio non incollata. Quindi selezionate il numero di vettori d'onda di Ewald per garantire una tolleranza relativa nella valutazione di Ewald di uno per 10 al quinto negativo all'interno del file di controllo. Eseguire una serie di valutazioni potenziali dell'energia con un file REVCON rinominato come config fino a quando la pressione del sistema nell'uscita converge entro poche percentuali per selezionare la lunghezza di taglio non incollata.Dal file di cronologia, utilizzare Python diatom velocity separato. py nel terminale per estrarre le singole velocità x, y e z ad ogni passo. Per calcolare la funzione di correlazione automatica della velocità, utilizzare vacf151005.py ed entrare classical_dye_autocore. sh al terminale. La funzione di correlazione automatica della velocità verrà calcolata per tutte le diatomee.Per calcolare gli spettri dalla dinamica molecolare, usate una trasformata di Fourier ponderata in massa della funzione di autocorrelazione della velocità atomica del colorante, usate Python MWPS. py ed entrare run_all_4. sh nel terminale.Verranno calcolati gli spettri di potenza ponderati in massa. Per valutare i set di cambiamenti parziali nei liquidi ionici a temperatura ambiente per la simulazione dinamica molecolare della base potenziale imperiale per un confronto pronto l'uno con l'altro, preparare una tabella delle cariche della letteratura e inserire questa tabella nel formato del file di campo per DL-POLY. Per calcolare le cariche liquide ioniche della temperatura ambiente di Mulliken, mediamente oltre quattro punti della traiettoria della dinamica molecolare ab-initio, ri-normalizzare e preparare una tabella delle cariche della letteratura e inserire la tabella nel formato di file di campo per DL-POLY.Per eseguire l'analisi EHT, mediamente su quattro punti della traiettoria di dinamica molecolare ab-initio implementata nel pacchetto software per l'ambiente operativo molecolare. Ri-normalizzare e preparare una tabella delle cariche della letteratura e immettere il campo nel formato di file di campo per DL-POLY. Qui, vengono mostrati motivi di legame rappresentativi dei quattro diversi set di carica parziale dopo 15 picosecondi di dinamica molecolare.Per la letteratura derivata cariche come dimostrato, si può osservare un'interazione prominente di legame idrogeno con un protone di superficie. Tuttavia, i tre insiemi di carica derivati dalla dinamica molecolare ab-initio non presentano un'interazione coulombica così forte con un protone di superficie. In effetti, la minore entità delle cariche parziali nel caso derivato dalla letteratura rispetto a quelle campionata in vari modi dalla dinamica molecolare ab-initio porta in misura minore alla schermatura della carica in relazione alle cariche liquide ioniche a temperatura ambiente parziale di magnitudine maggiore.È interessante notare che l'insieme di carica derivato da Mulliken mostra una certa piegatura sostenuta del colorante per avere un legame idrogeno prominente con un atomo di ossigeno ponte sulla superficie anatasi. La migliore carica di qualità adatta alla dinamica molecolare ab-initio porta a motivi di legame N719 più realistici che sono in accordo con la dinamica molecolare Born-Oppenheimer basata su PEV con dispersione Grimme-D3. I risultati spettrali della funzione di autocorrelazione della velocità della velocità ab-initio ponderata in massa dimostrano un ammasso di picchi spettroscopici a una regione di 300-400 centimetri.I picchi principali presenti negli spettri classici sono a 600 e 800 centimetri per le cariche derivate dalla letteratura, 525 e 800 centimetri per le cariche Mulliken, 675, 810 e 900 centimetri per le cariche EHT e 650, 800 e 900 centimetri per il set di carica di Hirshfeld. Assicurarsi di controllare la struttura iniziale della geometria della Titania in tutte le direzioni. Per ottimizzare, il campo di forza può essere utilizzato per valutare il potenziale empirico agli spettri vibrazionali come previsto per la dinamica molecolare.la dinamica molecolare ab-initio è una strategia efficace e promettente. L'uso della dinamica molecolare sarà probabilmente importante anche nella simulazione per consentire il prototipo di celle solari sensibilizzate al colorante

Research

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Chemistry

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