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

Författarna tackar professor David Coker för användbara diskussioner och Science Foundation Irland (SFI) för tillhandahållande av högpresterande computing resurser. Denna forskning har fått stöd av sfi-nsfc:s bilaterala finansieringssystem (bidragsnummer SFI/17/NSFC/5229) samt programmet för forskning inom institutioner på tredje nivå (PRTLI) Cycle 5, som samfinansieras av Europeiska regionala utvecklingsfonden.

1. Utföra MD-simulering med hjälp av DL_POLY
<ol><li>Konstruera DSC-system ursprungliga strukturen i N719-färgämne adsorberas till en anatas-titania (101) yta solvated av [bmim]+[NTf2]- hämtad från tidigare arbete12,13. Rita den struktur som krävs med hjälp av VESTA-programvara.</li>
	<li>Välj N719 cis-di (thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-karboxylsyra)-rutenium (II)-sensibiliserande färgämne utan motioner och säkerställa förekomsten av...

<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 simuleringstekniker är dyra att utföra och därmed att utföra simulering på mycket längre tidsramar skulle kräva användning av empiriska kraftfält för åtminstone några av DSC-systemet. Mot detta ändamål skapades en motsvarande atomistisk modell av [bmim]+[NTf2]- solvated gränssnitt, med hjälp av en empirisk, klassisk simulering kraftfält för MD. Anatasen modellerades med hjälp av Matsui-Akaogi (MA) kraftfält, medan färgstrukturen hanterades med OPLS parametrar. För RTI...

I färgämnesensibiliserade solceller (DSCs) överbryggas det optiska bandets gap av halvledare av en ljusabsorberande eller sensibiliserande färgämne. DSCs kräver kontinuerlig laddning: därför är en redox elektrolyt viktigt att främja denna ständiga leverans av laddning (vanligtvis i form av en I-/ I3-, i ett organiskt lösningsmedel). Detta underlättar passagen av hål från sensibiliserande färgämne till elektrolyten, med injicerade foto-upphetsade elektroner i metall-oxid substrat passerar genom till en extern krets, med eventuell rekombination äger rum vid katoden1. En avgörande aspekt som ligger till grund för de nationella säkerhetsgruppernas positiva utsikter för en mängd olika verkliga tillämpningar har sitt ursprung i deras enkla tillverkning, utan behov av råvaror med hög renhet. Detta står i skarp kontrast till den höga kapitalkostnad och ultrarenhet som krävs för kiselbaserade solceller. Under alla omständigheter visar utsikterna att avsevärt förbättra livslängden för DSCs genom att byta mindre stabila elektrolyter med joniska vätskor i rumstemperatur (RTILs) med låg volatilitet betydande löfte. De solida fysiska egenskaperna hos RTILs i kombination med deras vätskeliknande elektriska egenskaper (såsom låg toxicitet, brandfarlighet och volatilitet)1 leder dessa till att utgöra ganska utmärkt kandidat elektrolyter för användning i DSC applikationer.
Med tanke på sådana utsikter för RTILs i DSCs, är det knappast förvånande att det under de senaste åren har skett en betydande ökning av verksamheten i att studera DSC-prototyp N719-kromofor /titania gränssnitt med RTILs. I synnerhet har viktigt arbete med sådana system utförts2,3,4,5, som anser en bred svit av fysikalisk-kemiska processer, inklusive laddningspåfyllning kinetik i färgämnen2,5, mekanistiska steg elektron-hål dynamik och överföring3, och, naturligtvis, effekterna av titania substrat nanoskala natur på dessa, och andra, processer4.
Nu, med tanke på imponerande framsteg inom DFT-baserad molekylär simulering, särskilt AIMD6, som ett mycket användbart prototypiskt designverktyg inom materialvetenskap och särskilt för DSCs7,8,9,10,11, med kritisk bedömning av optimalt funktionellt urval är avgörande8,9, AIMD-tekniker har visat sig vara mycket användbara tidigare för att granska ganska betydande spridning och explicit-RTIL solvation effekter på färgämnesstruktur, adsorptionslägen och vibrationella egenskaper på DSC-halvledarytor. Framför allt hade antagandet av AIMD lett till viss framgång när det gäller att uppnå rimliga, semikvantitativa fångst och förutsägelse av viktiga elektroniska egenskaper, såsom bandgap, samt strukturellbindning13och vibrationssspektra14I refs. 12-14, AIMD simuleringar utfördes i stor utsträckning på foto-aktiva N719-kromoforfärgämne bunden till (101) anatas-titania yta, bedöma både elektroniska egenskaper och strukturella egenskaper i närvaro av både [bmim]+- Jag har inte tid med det här.-12,13och [bmim]+- Jag är ledsen.-14RTILs, utöver vibrationsspektra för [bmim]+- Jag är ledsen.-14. I synnerhet styvheten hos halvledarens yta15, bortsett från sin inneboende jämförande fotoaktivitet, ledde ytan till något förändras inom AIMD-simuleringen, vilket gör (101) anatasgränssnitt12,13,14ett lämpligt val. Som ref. 12 visar minskade medelvärdet mellan katjonerna och ytan med ca 0,5 Å, den genomsnittliga separationen mellan katjoner och anjoner minskade med 0,6 Å, och den märkbara växlingen av RTILs i det första skiktet runt färgämnet, där katjonen var på aver 1,5 Å från mitten av färgämnet orsakades direkt av explicita spridningsinteraktioner i RTIL-solvated-system. Ofysisk kinking av adsorbed N719 färgämnet konfiguration var också ett resultat av införandet av explicit spridning effekter i vacuo. I ref. 13 genomfördes en analys av huruvida dessa strukturella effekter av explicit RTIL solvation och funktionellt urval påverkade dsscs beteende och drog slutsatsen att både explicit solvation och behandling av spridning är mycket viktigt. I referens 14, med experimentella vibrationsspektrala data av hög kvalitet från andra grupper till hands, jämfördes de särskilda effekterna systematiskt på både explicita [bmim]+- Jag är ledsen.-solvation och korrekt hantering av spridning som fastställts i refs. 12 & 13 om reproduktion av framträdande spektrala funktioner; Detta ledde till slutsatsen att explicit solvation är viktigt, vid sidan av korrekt behandling av spridningsinteraktioner, som ekar tidigare resultat för både strukturella och dynamiska egenskaper när det gäller AIMD-modellering av katalysatorer i explicit lösningsmedel16. Faktum är att Mosconi et al. har också gjort en imponerande bedömning av explicit-solvation effekter på DFT behandling av DSC simulering17. Bahers et al.18studerade experimentellt absorptionsspektra för färgämnen tillsammans med tillhörande spektra på TD-DFT-nivå; dessa TD-DFT-spektra enades mycket väl när det gäller deras beräknade övergångar med sina experimentella motsvarigheter. Dessutom studerades absorptionsspektra av pyrrolidinderivat (PYR) av Preat et al. i flera lösningsmedel19, vilket ger betydande insikter i färgämnena geometriska och elektroniska strukturer, och evincing lämpliga strukturella modifieringar som tjänar till att optimera egenskaperna hos PYR-baserade DSSCs - en anda av simulering-ledda / rationaliserade "molekylär design", faktiskt.
Efter att tydligt ha fastställt det viktiga bidraget från både DFT och AIMD till korrekt modellering av DSC: s egenskaper och funktion, inklusive sådana viktiga tekniska frågor som explicit solvation och lämplig behandling av spridninginteraktioner från strukturella, elektroniska och vibrationella ståndpunkter7,8,9,10,11,12,13,14, nu - i nuvarande arbete - fokus vänder sig mot den pragmatiska frågan om hur väl empiriska potentiella metoder kan skräddarsys för att ta itu med apposite och rimlig förutsägelse av strukturella och vibrationella egenskaper hos sådana prototypiska DSC-system, med N719 färgämne adsorberat på anatas (101) i [bmim]+[NTf2]- RTIL som ett typexempel. Detta är viktigt, inte bara på grund av den stora korpusen av forcefield-baserade molekylärsimuleringsaktiviteter och metodologiska maskiner som finns tillgängliga för att hantera DSC-simulering7,och metalloxidytor i större utsträckning, utan också på grund av deras svindlande reducerade beräkningskostnader gentemot DFT-baserade metoder, tillsammans med möjligheten till mycket effektiv koppling till partiska provtagningsmetoder för att fånga mer effektivt fasrymd och strukturell utveckling i mycket trögflytande RTIL-lösningsmedel, domineras av fast-liknande fysiska egenskaper vid omgivningstemperaturer. Därför motiveras av denna öppna fråga om att mäta och optimera forcefield metoder, informeras av både DFT och AIMD samt experimentella data för vibrationella spektra14,vänder vi oss till den angelägna uppgiften att bedöma empiriska potentiella prestanda vid vibrational-spektra förutsägelse från MD, med hjälp av massviktade Fourier transformer av N719 färgämnets atomhastighet autokorrelation funktion (VACF). En viktig fråga är hur olika partiella laddningsparameteriseringar av RTIL kan påverka vibrational-spektra förutsägelse, och särskild uppmärksamhet gavs till denna punkt, liksom den bredare uppgiften att skräddarsy kraftfält för optimal spektral-läge förutsägelse i förhållande till experiment och 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 exakta molekylära simuleringsprediktionen av vibrationella spektra och andra strukturella, energiska och spektrala egenskaper, av fotoaktiva metalloxidytor i kontakt med ljusabsorberande färgämnen är en pågående tagigt och svårfångade utmaning inom fysikalisk kemi. Med detta i åtanke utfördes en molekylär-dynamik (MD) simulering med hjälp av optimerade empiriska potentialer för en väl representativ och prototypisk färgämnesensibiliserad solcells (DSC) solvated av en allmänt studerade rumstemperatur joniska vätska (RTIL), i skepnad av en [bmim]+[NTf2]- RTIL solvating en N719-sensibiliserande färgämne adsorberat på 101 anatas-titania. På så sätt var viktiga insikter samlats in i hur du använder en RTIL som elektrolytiska hål acceptor modulerar dynamiska och vibrationella egenskaper hos en N719 färgämne, uppskatta spektra för DSC fotoaktiva gränssnitt via Fourier omvandling av massa-viktade hastighet autokorrelation funktioner från MD. Det förvärvade vibrationella spektra jämfördes med experimentspektra och de som provtogs från ab initio molekylär dynamik (AIMD); I synnerhet ger olika empiriska potentiella spektra som genereras från MD insikt i hur partiellladdningparameterisering av den joniska vätskan påverkar vibrationsspektraförutsägelse. Under alla omständigheter har noggrann montering av empiriska kraftfältsmodeller visat sig vara ett effektivt verktyg för att hantera DSC vibrationella egenskaper, när de valideras av AIMD och ett experiment.

Strukturella egenskaper för bindande motiv Representativa bindningsmotiv för de fyra olika delladdningssatserna avbildas i figur 2, efter 15 ps md. I figur 2a, för (ovan beskrivna) litteratur-härledda avgifter, kan det ses att det finns en framträdande vätebindning interaktion med en ytproton. Från noggranna analyser av banan, väteobligationer är mestadels ytbunden medan de andra tre ...

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 färgämnesensibiliserad solcell var solvated av RTILs; med hjälp av optimerade empiriska potentialer tillämpades en molekylär dynamiksimulering för att beräkna vibrationella egenskaper. Det erhållna vibrationella spektra jämfördes med experiment och ab initio molekylär dynamik; olika empiriska potentiella spektra visar hur partiell laddning parameterisering av den joniska vätskan påverkar vibrationella spektra förutsägelse.

Vibrational spektra av en N719-Chromophore/Titania Gränssnitt från empirisk-potential molekylär-dynamik simulering, Solvated av en rumstemperatur jonisk vätska

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

Detta protokoll behandlar hur väl empiriska potentiella tillvägagångssätt kan skräddarsys för att ta itu med den och rimliga förutsägelse av strukturella och vibrationella egenskaper av prototypiska färgämne-sensibiliserade solcellssystem. Detta är viktigt på grund av den svindlande minskade beräkningskostnad metoder med möjlighet till olika provtagningsmetoder. För att utföra en molekylär dynamisk simulering, DL_POLY den simuleringsmjukvaran och använda det väl validerade kraftfältet Lopez, et al.att slappna av rumstemperaturen joniska flytande konfiguration via empiriska potentialer. Använd sedan Matsui-Akaogi kraftfältet inklusive rörligheten för Titanien i avslappningsprocessen för att modellera anatase. För att utföra en geometrioptimering med en konjugatgraderingsminimering relativ avslutningsgradient på 0,0001, ange optimering i fältfilen för 15 picoseconds med en femtosecond tid stopp vid 300 Kelvin i en NVT ensemble.Om du DL_POLY på terminalen anger du DL_POLY. X.In kontrollfilen, ange Nose-Hoover för NVT och välja positionshastighet bana utskrift var femtetosek. För anatase ytan, se till att det är periodiska längs x och y laboratorium axlar utsytande till rumstemperaturen joniska vätskor ett par parallella ytor med en x-axeln av 21 ångström och en y-axeln på 21 ångström.Se till att det färgämnessensibiliserade solcellssystemet med ett explicit lösningsmedel består av 827 atomer. För i vakuol fallet bör det finnas 347 atomer i systemet. I fältfilen för Lennard-Jones parametrar, tillämpa Lorentz-Berthelot kombinera regler och ange aritmetiska medelvärdet av Lennard-Jones radier och det geometriska medelvärdet av Lennard-Jones väl djup för den empiriska kraft fält i den nedre delen av fältet fil under icke-bonded interaktioner fliken.För att hantera långväga elektrostatik, tillämpa Ewald metoden med hjälp av en icke-bundna cutoff längd på 10 ångström och ställa in den verkliga utrymmet sönderfall parametern för Ewald metoden i kontrollfilen vara cirka 3,14 per icke-bonded cutoff längd. Välj sedan numrera av Ewald vinkar vektorer för att se till en släktingtolerans i den Ewald utvärderingen av en tider 10 till negationfemman inom kontrollera sparar. Utför en serie potentiella energiutvärderingar med en REVCON-fil som bytts namn till config tills systemtrycket i utdata konvergerar till inom några procent för att välja den icke-bundna cutoff-längden.Från historikfilen använder du Python-diatomhastighet separat. py i terminalen för att extrahera de enskilda x- y- och z-velostäderna vid varje steg. För att beräkna funktionen hastighet auto korrelation, använd VACF151005.py och ange classical_dye_autocore. sh in till terminalen. Funktionen hastighet auto korrelation kommer att beräknas för alla kiselalger.För att beräkna spektra från den molekylära dynamiken, använd en massa viktade Fourier Transform av färgämnets atomhastighet auto korrelation funktion, använd Python MWPS. py och ange run_all_4. sh i terminalen.Den massvägda kraften spektra kommer att beräknas. För att bedöma partiella förändringsuppsättningar i rumstemperaturen joniska vätskor för imperialistiska potentiella bas molekylär dynamisk simulering för färdig jämförelse mot varandra, förbereda en tabell över litteraturen avgifter och ange denna tabell i fältet filformat för DL-POLY. För att beräkna Mulliken rumstemperaturen ionic flytande avgifter, genomsnitt över fyra punkter av ab-initio molekylär dynamik banan, åter normalisera och förbereda en tabell över litteraturen avgifter och ange tabellen i fält filformat för DL-POLY.För att utföra EHT-analysen, genomsnitt över fyra punkter av ab-initio molekylär dynamik banan som genomförs i den molekylära driftmiljön mjukvarupaketet. Åter normalisera och förbereda en tabell över litteraturen avgifter och ange fältet i fält filformat för DL-POLY. Här visas representativa bindande motiv av de fyra olika partiella laddningsseten efter 15 picoseconds av molekylär dynamik.För litteraturen härledda avgifter som visats, kan en framstående vätebindning interaktion med en yta proton observeras. De tre ab-initio molekylära dynamiken härledda laddningsuppsättningar har dock inte en så stark Coulombic interaktion med en yta proton. Den mindre omfattningen av delavgifterna i det litteratur härledda fallet jämfört med dem som provtagits på olika sätt från molekyldynamiken ab-initio leder faktiskt till mindre omfattning av laddningsskärmning i förhållande till de större de delvisa rumstemperaturerna ionic.18.Intressant nog visar Mulliken härledda laddningsuppsättningen en viss ihållande kinking av färgämnet att ha en framträdande vätebindning med en överbryggande syreatom vid anasytan. Den bättre kvalitet avgift passar från ab-initio molekylär dynamik leda till mer realistiska N719 bindande motiv som är i enlighet med PEV-baserade Born-Oppenheimer molekylärdynamik featuring Grimme-D3 spridning. Massan vägda ab-initio molekylära dynamik hastighet auto korrelation funktion spektrala resultat visar ett kluster av spektroskopiska toppar på 300 till 400 centimeter region.De viktigaste toppar som finns i den klassiska spektra är på 600 och 800 centimeter för litteraturen härledda avgifter, 525 och 800 centimeter för Mulliken avgifterna, 675, 810 och 900 centimeter för EHT avgifter, och 650, 800 och 900 centimeter för Hirshfeld avgiften som. Var noga med att kontrollera den inledande strukturen av geometrin i Titania i alla riktningar. För att optimera kan kraftfält användas för att bedöma den empiriska potentialen vid vibrationella spektra enligt förutsagt för molekyldynamiken.ab-initio molekylär dynamik är en effektiv och lovande strategi. Användningen av molekylär dynamik är också sannolikt viktigt i simulering möjliggöra färgämnessensibiliserade solceller prototyp

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

Oriktade Metabolomics från biologiska källor Använda Ultraperformance vätskekromatografi-högupplösande masspektrometri (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 och beredning av bakteriella cellväggar för kompositionsanalys av ultraprestanda flytande kromatografi

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

Mycket stereoselektiv syntes av 1,6-ketoestrar medierad av joniska lösningar: En tre-komponent Reaktion möjliggör snabb tillgång till en ny klass av lågmolekylära 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

Framställning av Carbon Nanosheets vid rumstemperatur

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

Syntes och exfoliering av disko Zirkonium Fosfater Skaffa Colloidal 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

Temperaturprogrammerad Deoxygenering av ättiksyra på molybdenkarbid 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

Från molekyler till material: iscensätta nya Joniska flytande kristaller genom Halogen 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

Totalreflexion Absorption spektroskopi (TIRAS) för detektion av solvatiserade elektroner på en Plasma-flytande gränssnitt

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

Mikroflödessystem beredning av flytande kristallin Elastomer ställdon

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 provtagning av en heterogen vatten/Metal Catalyst gränssnitt som använder täthetsfunktionalteori och kraftfält molekyldynamik

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