Vibrationsspektra einer N719-Chromophore/Titania Schnittstelle aus Empirisch-Potential-Molekulardynamik-Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liquid

Zusammenfassung

Eine farbsensibilisierte Solarzelle wurde von RTILs gelöst; Mit Hilfe optimierter empirischer Potenziale wurde eine molekulare Dynamiksimulation zur Berechnung von Schwingungseigenschaften eingesetzt. Die erhaltenen Schwingungsspektren wurden mit Experiment und ab initio molekularer Dynamik verglichen; verschiedene empirische Potentialspektren zeigen, wie sich die Partiellenladungsparametrierung der ionischen Flüssigkeit auf die Vorhersage von Schwingungsspektren auswirkt.

Zusammenfassung

Die genaue molekulare Simulationsvorhersage von Schwingungsspektren und anderen strukturellen, energetischen und spektralen Eigenschaften von fotoaktiven Metalloxidoberflächen in Kontakt mit lichtabsorbierenden Farbstoffen ist eine ständige heikle und schwer fassbare Herausforderung in der physikalischen Chemie. In diesem Sinne eine molekulare Dynamik (MD) Wurde unter Verwendung optimierter empirischer Potenziale für eine gut repräsentative und prototypische, farbsensibilisierte Solarzelle (DSC) durchgeführt, die von einer weithin untersuchten Raumtemperatur-Ionenflüssigkeit (RTIL) unter dem Deckmantel einer [bmim]⁺[NTf2]^- RTIL-Solvating einer N719-sensibilisierenden Farbstoffadsorbe auf 101 Anatase-Titania gelöst wurde. Dabei wurden wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen, wie die Verwendung eines RTIL als elektrolytischer Lochakzeptor die dynamischen und schwingungspolitischen Eigenschaften eines N719-Farbstoffs moduliert und die Spektren für die DSC-Photo-aktive Schnittstelle über Fourier Transformation von massengewichteten Geschwindigkeits-Autokorrelationsfunktionen von MD abschätzt. Die erfassten Schwingungsspektren wurden mit den Experimentspektren und denen verglichen, die von der ab initio molekularen Dynamik (AIMD) abgetastet wurden; Insbesondere verschiedene empirisch-potentielle Spektren, die von MD generiert werden, geben Einen Einblick, wie sich die partielle Ladungsparametrierung der ionischen Flüssigkeit auf die Vorhersage von Schwingungsspektren auswirkt. In jedem Fall hat sich gezeigt, dass die sorgfältige Anpassung empirischer Kraftfeldmodelle ein wirksames Werkzeug im Umgang mit DSC-Schwingungseigenschaften ist, wenn sie von AIMD und einem Experiment validiert werden.

Einleitung

In farbsensibilisierten Solarzellen (DSCs) wird der optische Bandspalt von Halbleitern durch einen lichtabsorbierenden oder sensibilisierenden Farbstoff überbrückt. DSCs erfordern ein kontinuierliches Aufladen: Daher ist ein Redoxelektrolyt unerlässlich, um diese konstante Ladungszufuhr zu fördern (typischerweise in Form eines I^-/I^3-, in einem organischen Lösungsmittel). Dies erleichtert den Durchgang von Löchern vom sensibilisierenden Farbstoff zum Elektrolyten, mit injizierten photo-erregten Elektronen in das Metalloxidsubstrat, das in einen externen Kreislauf durchgeht, wobei schließlich eine Rekombination an der Kathode¹

Protokoll

1. Durchführen der MD-Simulation mit DL_POLY

1. Konstruieren Sie die Anfangsstruktur der DSC-Systeme des N719-Farbstoffs, adsorbiert auf eine Anatase-Titania (101) Oberfläche, die von [bmim]+[NTf2] - entnommen aus früheren Arbeiten^12,13. Zeichnen Sie die gewünschte Struktur mit der VESTA-Software.
2. Wählen Sie den N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic acid)-ruthenium (II)-sensiizing farbstoff ohne Gegenionen und stellen Sie das Vorhandensein von zwei oberflächengebundenen Protonen sicher, um für eine Gesamtsystemladungsneutralität zu sorgen.
   ANMERK....

Ergebnisse

Strukturelle Eigenschaften von Bindungsmotiven
Repräsentative Bindungsmotive für die vier verschiedenen Teilladungssätze sind in Abbildung 2nach 15 ps MD dargestellt. In Abbildung 2akann für die (oben beschriebenen) literaturabgeleiteten Ladungen deutlich werden, dass es eine prominente Wasserstoff-Bindungs-Wechselwirkung mit einem Oberflächenprotonen gibt. Aus sorgfältigen Analysen der Flugba.......

Diskussion

Ab initio Simulationstechniken sind teuer durchzuführen und daher würde die Simulation auf viel längeren Zeitskalen die Verwendung von empirischen Kraftfeldern für zumindest einen Teil des DSC-Systems erfordern. Zu diesem Zweck wurde ein gleichwertiges atomistisches Modell der [bmim]⁺[NTf2]^- solvated interface erstellt, das ein empirisches, klassisches Simulations-Kraftfeld für MD verwendet. Die Anatase wurde mit dem Matsui-Akaogi (MA) Kraftfeld modelliert, während die Farbstruktur mit OPLS-Paramete.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Da es sich um eine molekulare Simulation handelte, wurden keine experimentellen Geräte verwendet.
Der Name der Software war DL-POLY (die 'Classic'-Version ist unter der GnuPublic Lizenz verfügbar, via sourceforge)