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

Sommario

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.

Abstract

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.

Introduzione

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^-/I^3-, 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....

Protocollo

1. Esecuzione di MD Simulation utilizzando DL_POLY

1. Costruire la struttura iniziale dei sistemi DSC degli adsorbiti di colorante N719 su una superficie anatase-titania (101) solvated da [bmim]^- tratto dal lavoro precedente^12,13. Disegnare la struttura richiesta utilizzando il software VESTA.
2. Scegliere il colorante N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic acid)-ruthenium (II)-sensitizzazione senza controioni e garantire la presenza di due protoni legati alla superficie per fornire la neutralità di carica generale del sistema.
   NOTA: Infatti, studi a....

Risultati

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 traiettori.......

Discussione

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 colorante è.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Si trattava di una simulazione molecolare, quindi non è stata utilizzata alcuna attrezzatura sperimentale.
Il nome del software era DL-POLY (la cui versione 'Classic' è disponibile sotto licenza GnuPublic, tramite sourceforge)