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 diskusjoner og Science Foundation Ireland (SFI) for levering av high-performance computing ressurser. Denne forskningen har blitt støttet av SFI-NSFC bilateral finansieringsordning (tilskuddsnummer SFI/17/NSFC/5229), samt programmet for forskning i tredje nivå institusjoner (PRTLI) Syklus 5, co-finansiert av European Regional Development Fund.

1. Utføre MD-simulering ved hjelp av DL_POLY
<ol><li>Konstruere DSC-systemer innledende struktur av N719-dye adsorbed til en anatase-titania (101) overflate løst av [bmim]+[NTf2]- tatt fra tidligere arbeid12,13. Tegn den nødvendige strukturen ved hjelp av VESTA-programvare.</li>
	<li>Velg N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic acid)-ruthenium (II)-sensibiliserende dye uten motvirker og sikre tilstedeværelsen av to...

<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 å utføre og dermed å utføre simulering på mye lengre tidsskalaer ville kreve bruk av empiriske kraftfelt for minst noen av DSC-systemet. Mot dette formål ble en tilsvarende atomistisk modell opprettet av [bmim]+[NTf2]- løst grensesnitt, ved hjelp av et empirisk, klassisk simuleringskraftfelt for MD. Anatase ble modellert ved hjelp av Matsui-Akaogi (MA) forcefield, mens fargestrukturen ble håndtert ved hjelp av OPLS-parametere. For RTIL ble fire forskjel...

I dye-sensibanete solceller (DSCs) er det optiske båndgapet til halvledere brolagt av et lysabsorberende, eller sensitreiserende, farget. DSCer krever kontinuerlig lading: Derfor er en redokselektrolytt avgjørende for å fremme denne konstante tilførselen av lading (vanligvis i form av en I-/ I3-, i et organisk løsningsmiddel). Dette letter passasjen av hull fra sensitredende farge til elektrolytten, med injiserte fotospente elektroner inn i metalloksidsubstratet som passerer gjennom til en ekstern krets, med eventuell rekombinasjon som finner sted ved katoden1. Et avgjørende aspekt som underbygger DSCs positive utsikter for et bredt spekter av virkelige applikasjoner stammer fra deres enkle produksjon, uten behov for råvarer høyt i renhet; Dette står i sterk kontrast til de høye kapitalkostnadene og ultrarenheten som kreves for silisiumbaserte solceller. I alle fall viser utsiktene til å forbedre arbeidstiden betydelig av DSCer ved å bytte mindre stabile elektrolytter med romtemperaturioniske væsker (RTILs) som har lav volatilitet, betydelig løfte. De solide fysiske egenskapene til RTILs kombinert med deres væskelignende elektriske egenskaper (som lav toksisitet, brennbarhet og volatilitet)1 fører disse til å utgjøre ganske gode kandidatelektrolytter for bruk i DSC-applikasjoner.
Gitt slike utsikter for RTILs i DSCs, er det neppe overraskende at det de siste årene har vært et betydelig løft av aktivitet i å studere DSC-prototype N719-chromophore / titania grensesnitt med RTILs. Spesielt er viktig arbeid på slike systemer utført2,3,4,5, som vurderer en bred pakke med fysico-kjemiske prosesser, inkludert lade-etterfylling kinetikk i fargestoffer2,5, mekanistiske trinnene i elektron-hulldynamikk og overføring3,og selvfølgelig effekten av titania substrater ' nanoscale natur på disse, og andre, prosesser4.
Nå, med tanke på imponerende fremskritt i DFT-basert molekylær simulering, spesielt AIMD6, som et svært nyttig prototypisk designverktøy i materialvitenskap og spesielt for DSCer7,8,9,10,11, med kritisk vurdering av optimalt funksjonsvalg er avgjørende8,9, AIMD teknikker har vist seg svært nyttig tidligere i å granske ganske betydelig spredning og eksplisitt-RTIL solvation effekter på fargetstruktur, adsorpsjonsmoduser og vibrasjonsegenskaper på DSC-halvlederoverflater. Spesielt hadde vedtakelsen av AIMD ført til noen suksess i å oppnå rimelig, semi-kvantitativ fangst og prediksjon av viktige elektroniske egenskaper, for eksempel båndgap, samt strukturell binding13og vibrasjonsspektra14I refs. 12-14, AIMD simuleringer ble utført mye på foto-aktive N719-chromophore dye bundet til (101) anatase-titania overflate, vurdere både elektroniske egenskaper og strukturelle egenskaper i nærvær av både [bmim]+-Jeg har ikke noe å si.-12,13og [bmim]+-Jeg har ikke noe å si.-14RTILs, i tillegg til vibrasjonsspektra for tilfelle av [bmim]+-Jeg har ikke noe å si.-14. Spesielt stivheten til halvlederoverflaten15, bortsett fra sin iboende komparative fotoaktivitet, førte overflaten til å endre seg litt i AIMD-simuleringen, noe som gjør (101) anatase grensesnitt12,13,14et passende valg. Som ref. 12 viser, falt den gjennomsnittlige avstanden mellom kationene og overflaten med ca. 0,5 Å, gjennomsnittlig separasjon mellom kationene og anionene redusert med 0,6 Å, og den merkbare endringen av RTILs i det første laget rundt farge, hvor kationen var på aver 1,5 Å lenger fra midten av dye, var direkte forårsaket av eksplisittspredningsinteraksjoner i RTIL-løste systemer. Ufysisk kinking av adsorbed N719 dye konfigurasjon var også et resultat av innføringen av eksplisittspredning effekter i vacuo. I ref. 13 ble det utført analyser om disse strukturelle effektene av eksplisitt RTIL-løsning og funksjonsvalg påvirket oppførselen til DSSCene, og konkluderte med at både eksplisitt løsning og behandling av dispersjon er svært viktig. I ref. 14, med høykvalitets eksperimentelle vibrasjonsspektrale data fra andre grupper på hånden, ble de spesielle effektene måles systematisk på både eksplisitt [bmim]+-Jeg har ikke noe å si.-og nøyaktig håndtering av spredning etablert i refs. 12 og 13 på reproduksjon av fremtredende spektral-modus funksjoner; dette førte til at eksplisitt løsning er viktig, sammen med nøyaktig behandling av dispersjonsinteraksjoner, ekko tidligere funn for både strukturelle og dynamiske egenskaper i tilfelle aimd modellering av katalysatorer i eksplisitt løsning16. Faktisk har Mosconi et al. også utført en imponerende vurdering av eksplisitte løsningseffekter på DFT-behandling av DSC-simulering17. Bahers et al.18studerte eksperimentell absorpsjon spectra for fargestoffer sammen med relaterte spektra på TD-DFT nivå; disse TD-DFT spectra enige veldig godt i form av sine beregnede overganger med sine eksperimentelle kolleger. I tillegg ble absorpsjonsspektra av pyrrolidinderivater (PYR) studert av Preat et al. i flere løsemidler19, gir betydelig innsikt i fargestoffenes geometriske og elektroniske strukturer, og evincing tilstrekkeligstrukturelle modifikasjoner som tjener til å optimalisere egenskapene til PYR-baserte DSSCs - en ånd av simuleringsledet / rasjonalisert "molekylær design", faktisk.
Etter å ha klart etablert det viktige bidraget fra både DFT og AIMD mot nøyaktig modellering av DSCs egenskaper og funksjon, inkludert slike viktige tekniske forhold som eksplisitt løsning og riktig behandling av dispersjonsinteraksjoner fra strukturelle, elektroniske og vibrasjonsmessige standpunkter7,8,9,10,11,12,13,14, nå - i nåværende arbeid - fokuset vender seg mot det pragmatiske spørsmålet om hvor godt empiriske potensielle tilnærminger kan skreddersys for å adressere apposite og rimelig prediksjon av strukturelle og vibrasjonelle egenskaper av slike prototypiske DSC-systemer, tar N719 farge adsorbed på anatase (101) i [bmim]+[NTf2]- RTIL som et tilfelle i punkt. Dette er viktig, ikke bare på grunn av det store korpuset av forcefield-baserte molekylær-simuleringsaktiviteter og metodiske maskiner tilgjengelig for å takle DSC-simulering7,og metalloksidoverflater mer utbredt, men også på grunn av deres svimlende reduserte beregningskostnader vis-à-vis DFT-baserte tilnærminger, sammen med muligheten for svært effektiv kobling til partisk-sampling tilnærminger for å fange mer effektivt faseplass og strukturell evolusjon i svært viscous RTIL løsemidler, løsemidler, dominert av solid-lignende fysiske egenskaper ved omgivelsestemperaturer. Derfor, motivert av dette åpne spørsmålet om å måle og optimalisere forcefield tilnærminger, informert av både DFT og AIMD samt eksperimentelle data for vibrasjonsspektra14,vender vi oss til den presserende oppgaven med å vurdere empirisk potensiell ytelse ved vibrasjonsspektraprediksjon fra MD, ved hjelp av massevektede Fourier-transformeringer av N719 dyes atomhastighetautokorrelasjonsfunksjon (VACF). En viktig bekymring er hvordan ulike delvis-charge parameteriseringer av RTIL kan påvirke vibrasjons-spectra prediksjon, og spesiell oppmerksomhet ble gitt til dette punktet, samt den bredere oppgaven med å skreddersy forcefields for optimal spektral-modus prediksjon 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 nøyaktige molekylære simuleringsforutsigelsen av vibrasjonsspektras, og andre strukturelle, energiske og spektrale egenskaper, av fotoaktive metalloksidoverflater i kontakt med lysabsorberende fargestoffer er en pågående tornete og unnvikende utfordring i fysisk kjemi. Med dette i tankene ble en molekylær dynamikk (MD) simulering utført ved hjelp av optimaliserte empiriske potensialer for en godt representativ og prototypisk farge-sensitredisk solcelle (DSC) løst av en mye studert romtemperatur ionisk væske (RTIL), i forkledning av en [bmim]+[NTf2]- RTIL løse en N719-sensibiliserende farge adsorbed på 101 anatase-titania. Ved å gjøre det ble viktig innsikt hentet inn i hvordan bruk av en RTIL som elektrolytisk hullacceptor modulerer de dynamiske og vibrasjonelle egenskapene til en N719-farge, og estimerer spektra for DSC fotoaktivt grensesnitt via Fourier-transformasjon av massevektet hastighetsautokorrelasjonsfunksjoner fra MD. Den ervervede vibrasjonsspektrastraen ble sammenlignet med eksperimentspektra og de som ble samplet fra ab initio molekylær dynamikk (AIMD); spesielt gir ulike empiriske potensielle spektra generert fra MD innsikt i hvordan delvis ladeladeparameterisering av den ioniske væsken påvirker vibrasjonsspektraprediksjon. I alle fall har nøye tilpasning av empiriske kraftfeltmodeller vist seg å være et effektivt verktøy for håndtering av DSC vibrasjonsegenskaper, når det valideres av AIMD og et eksperiment.

Strukturelle egenskaper av bindende motiver Representative bindingsmotiver for de fire forskjellige delvise ladesettene er avbildet i figur 2, etter 15 ps MD. I figur 2a, for de (ovenfor beskrevet) litteratur-avledede kostnader, kan det ses at det er en fremtredende hydrogen-bonding interaksjon med en overflate proton. Fra forsiktige analyser av banen er hydrogenbindingene for det meste overfl...

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 farge-sensitrert solcelle ble løst av RTILs; ved hjelp av optimaliserte empiriske potensialer, ble en molekylær dynamikksimulering brukt til å beregne vibrasjonsegenskaper. Den oppnådde vibrasjonsspektrastraen ble sammenlignet med eksperiment og ab initio molekylær dynamikk; ulike empiriske potensielle spektra viser hvordan delvis ladeladeparameterisering av den ioniske væsken påvirker vibrasjonsspektraprediksjon.

Vibrasjonsspektra av et N719-Chromophore/Titania-grensesnitt fra Empirisk-potensiell molekylær-dynamikksimulering, løst av en romtemperatur ionisk væske

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

Denne protokollen tar for seg hvor godt empiriske potensielle tilnærminger kan skreddersys for å håndtere og rimelig prediksjon av strukturelle og vibrasjonsegenskaper av prototypiske fargesensibiliserte solcellesystemer. Dette er viktig på grunn av de svimlende reduserte beregningskostnadene med mulighet for ulike prøvetakingstilnærminger. For å utføre en molekylær dynamisk simulering, åpne DL_POLY simuleringsprogramvarefilen og bruk det godt validerte kraftfeltet Lopez, et al.å slappe av romtemperatur ionisk væske konfigurasjon via empiriske potensialer. Bruk deretter Matsui-Akaogi-kraftfeltet, inkludert Titanias mobilitet i avslapningsprosessen til å modellere anatase. Hvis du vil utføre en geometrioptimalisering med en konjugert gradientminimering relativ avslutningsgradient på 0,0001, angir du optimalisering i feltfilen for 15 picosekunder med en femtosecond tidsstopp på 300 Kelvin i et NVT-ensemble.Hvis du vil DL_POLY på terminalen, angir du DL_POLY. X.In kontrollfilen, angi Nose-Hoover for NVT og velg posisjonshastighet bane utskrift hver og en femtosecond. For anatase overflaten, sørg for at det er periodisk langs x og y laboratorieakser projiserer til romtemperatur ioniske væsker et par parallelle overflater med en x-akse av 21 angstroms og en y-akse av 21 angstroms.Sørg for at det fargesensibiliserte solcellesystemet med et eksplisitt løsningsmiddel består av 827 atomer. For det i vakuol tilfellet bør det være 347 atomer i systemet. I feltfilen for Lennard-Jones-parametere, bruk Lorentz-Berthelot som kombinerer regler og skriver inn det aritmetiske gjennomsnittet til Lennard-Jones radii og det geometriske gjennomsnittet til Lennard-Jones-brønndypet for de empiriske kraftfeltene i den nederste delen av feltfilen under kategorien ikke-bindede interaksjoner.For å håndtere elektrotetikk med lang rekkevidde, bruk Ewald-metoden ved hjelp av en ikke-limt cutoff lengde på 10 angstrom og sett den virkelige romforfallparameteren for Ewald-metoden i kontrollfilen til ca. 3,14 per ikke-limt cutoff lengde. Velg deretter antall Ewald-bølgevektorer for å sikre en relativ toleranse i Ewald-evalueringen av en gang 10 til den negative femtedelen i kontrollfilen. Utfør en rekke potensielle energievalueringer med en REVCON-fil omdøpt som config til systemtrykket i produksjonen konvergerer til innen noen få prosent for å velge den ikke-limte cutoff-lengden.Fra historiefilen bruker du Python diatomhastighet atskilt. py i terminalen for å trekke ut de enkelte x, y og z hastigheter på hvert trinn. Hvis du vil beregne funksjonen for automatisk korrelasjon av hastighet, bruker du vacf151005.py og gå inn classical_dye_autocore. inn i terminalen. Hastighets automatisk korrelasjonsfunksjon vil bli beregnet for alle diatomene.For å beregne spektra fra molekylær dynamikk, bruk en massevektet Fourier Transform av fargestoffets atomhastighet auto korrelasjonsfunksjon, bruk Python MWPS. py og gå inn run_all_4. i terminalen.Massevektet kraftspektra vil bli beregnet. For å vurdere delvise endringssett i romtemperaturioniske væsker for imperial potensiell base molekylær dynamisk simulering for klar sammenligning med hverandre, utarbeide en tabell over litteraturkostnader og skriv inn denne tabellen i feltet filformat for DL-POLY. For å beregne Mulliken romtemperatur ionisk væske kostnader, gjennomsnittlig over fire punkter av ab-initio molekylær dynamikk banen, re-normalisere og forberede en tabell over litteratur kostnader og skriv inn tabellen i feltet filformat for DL-POLY.For å utføre EHT-analysen, gjennomsnittlig over fire punkter av ab-initio molekylær dynamikk banen som implementert i molekylæroperaterapi miljø programvarepakke. Normaliser på nytt og klargjør en tabell over litteraturgebyrene, og skriv inn feltet i feltfilformat for DL-POLY. Her vises representative bindende motiver for de fire forskjellige delvise ladesettene etter 15 picosekunder molekylær dynamikk.For litteraturen avledet kostnader som demonstrert, kan en fremtredende hydrogenbinding interaksjon med en overflate proton observeres. De tre ab-initiomolekylære dynamikken som er avledet, har imidlertid ikke en så sterk coulombic interaksjon med et overflateproton. Faktisk fører den mindre størrelsen på de delvise anklagene i litteraturen avledet tilfelle sammenlignet med de som er samplet på ulike måter fra ab-initio molekylær dynamikk til mindre grad av ladeskjerming i forhold til den større størrelsen delvis romtemperatur ionisk væskeladninger.Interessant, Mulliken avledet ladesett viser en viss vedvarende kinking av fargestoffet å ha en fremtredende hydrogenbinding med en bro oksygenatom på anatase overflaten. Den bedre kvalitet ladning passer fra ab-initio molekylær dynamikk føre til mer realistiske N719 bindende motiver som er i samsvar med PEV-baserte Born-Oppenheimer molekylær dynamikk med Grimme-D3 spredning. De massevektede ab-initio molekylære dynamikken hastighet auto korrelasjon funksjon spektrale resultater viser en klynge av spektroskopiske topper på 300 til 400 centimeter region.De viktigste toppene som finnes i den klassiske spektra er på 600 og 800 centimeter for litteraturen avledet kostnader, 525 og 800 centimeter for Mulliken kostnader, 675, 810 og 900 centimeter for EHT kostnader, og 650, 800 og 900 centimeter for Hirshfeld ladesett. Pass på å sjekke den opprinnelige strukturen til titaniaens geometri i alle retninger. For å optimalisere kan kraftfeltet brukes til å vurdere det empiriske potensialet ved vibrasjonsspektra som spådd for molekylærdynamikken.ab-initio molekylær dynamikk er en effektiv og lovende strategi. Bruken av molekylær dynamikk er også sannsynlig å være viktig i simulering aktivere fargestoff-sensibiliserte 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

Vilkårlige Metabolomics fra biologiske kilder Bruke UltraPerformance væskekromatografi-High Resolution massespektrometri (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 fremstilling av bakterielle cellevegger for komposisjonsanalyse ved ultraytelses 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

Høyt stereoselektiv syntese av 1,6-ketoestere formidlet av ioniske væsker: A Tre-komponent Reaction Aktivere rask tilgang til en ny klasse av 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

Utarbeidelse av Carbon Nanosheets ved romtemperatur

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 Peeling av Discotic Zirkonium Fosfater henter Kolloidalt Liquid Crystals

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-programmert Deoksygenering av Eddiksyre på Molybden 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 ioniske flytende krystaller gjennom Halogen bånd

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 intern refleksjon absorpsjon spektroskopi (TIRAS) for påvisning av Solvated tenner elektroner på en Plasma-flytende-grensesnitt

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 utarbeidelse av flytende krystallinsk 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 utvalg av en heterogen vann/Metal katalysator grensesnitt ved hjelp av tetthet funksjonelle teori og Force-feltet molekylære dynamikk

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