실온 이온 액체에 의해 용해된 경험적 전위 분자 역학 시뮬레이션의 N719-크로모포어/티타니아 인터페이스의 진동 스펙트럼

요약

염료 감작 태양 전지는 RTILs에 의해 용해되었다; 최적화된 경험적 전위를 사용하여 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 진동 특성을 계산했습니다. 얻어진 진동 스펙트럼은 실험 및 ab initio 분자 역학과 비교하였다; 다양한 경험적 전위 스펙트럼은 이온 성 액체의 부분 전하 파라미터화가 진동 스펙트럼 예측에 미치는 영향을 보여줍니다.

초록

빛 흡수 염료와 접촉하는 광활성 금속 산화물 표면의 진동 스펙트럼 및 기타 구조적, 에너지및 스펙트럼 특성에 대한 정확한 분자 시뮬레이션 예측은 물리적 화학에서 지속적인 가시적이고 어려운 과제입니다. 이를 염두에 두고, 널리 연구된 실온 이온에 의해 용해된 잘 대표적이고 프로토타입화된 염료 감응형 태양전지(DSC)에 최적화된 경험적 잠재력을 사용하여 분자 역학(MD) 시뮬레이션을 수행했습니다. [bmim]⁺[NTf2]^- RTIL은 101 아나타제 티타니아에 흡착된 N719 감작 염료를 용용하는 것으로 가장하여 액체(RTIL)를. 이 과정에서 RTIL을 전해 구멍 수용자로서 사용하여 N719 염료의 동적 및 진동 특성을 조절하고 MD의 질량 가중 속도 자기 상관 함수의 Fourier 변환을 통해 DSC 광 활성 인터페이스의 스펙트럼을 추정하는 방법에 대한 중요한 통찰력을 얻었습니다. 획득한 진동 스펙트럼을 실험 스펙트럼과 비교하였고 ab initio 분자 역학(AIMD)으로부터 샘플링한 스펙트럼; 특히 MD에서 생성된 다양한 경험적 전위 스펙트럼은 이온성 액체의 부분 전하 파라미터화가 진동 스펙트럼 예측에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공합니다. 어쨌든 경험적 힘 필드 모델의 신중한 피팅은 AIMD및 실험에 의해 검증될 때 DSC 진동 특성을 처리하는 데 효과적인 도구로 나타났습니다.

서론

염료 감응 형 태양 전지 (DSC)에서 반도체의 광학 밴드 갭은 빛 흡수 또는 과민성 염료에 의해 브리지됩니다. DSC는 지속적인 재충전이 필요합니다: 따라서, 레독스 전해질은 이러한 지속적인 전하 공급을 촉진하는 데 필수적입니다(일반적으로 유기 용매에서^I-/I^3-의형태로). 이것은 감작 염료에서 전해질로 의 구멍을 용이하게하고, 주입 된 광 흥분 전자가 외부 회로로 통과하는 금속 산화물 기판으로 들어가고 결국 음극^1에서재조합이 일어난다. 다양한 실제 응용 분야에 대한 DSC의 긍정적인 전망을 뒷받침하는 중요한 측면은 순도가 높은 원료를 필요로하지 않고 간단한 제조에서 비롯됩니다. 이는 실리콘 기반 태양광에 필요한 높은 자본 비용과 초순도와 극명한 대조를 이룹니다. 어쨌든 변동성이 낮은 실온 이온 성 액체(RTILs)로 덜 안정적인 전해질을 교환하여 DSC의 작업 수명 기간을 크게 개선할 수 있다는 전망은 상당한 약속을 보여줍니다. RTILs의 고체와 같은 물리적 특성은 액체와 같은 전기적 특성(예: 낮은 독성, 가연성 및^{휘발성)과} 결합되어 DSC 응용 분야에서 사용하기에 다소 우수한 후보 전해질을 구성합니다.

DSC의....

프로토콜

1. DL_POLY 사용하여 MD 시뮬레이션 수행

1. 전작^12,13에서가져온 [bmim]+[NTf2]에 의해 용질된 아나타제-티타니아(101) 표면에 흡착된 N719-염료의 DSC 시스템 초기 구조를 구성한다. VESTA 소프트웨어를 사용하여 필요한 구조를 그립니다.
2. N719 시스 디 (thiocyanato)-비스 (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic 산)-루테늄 (II) 감작 염료를 선택 하 고 전체 시스템 전하 중립성을 제공 하는 두 표면 바인딩 된 양성자의 존재를 보장 합니다.
   참고 : 실제로, 드 안젤리스 등에 의해 심층 연구는 아나타제 티타니아^(21)에흡착 N719의 현실적인 표현을 구성하기 위해이 설립했다 . 이는 21번 심판에서 다수의 특성에 대한 실험 결과와 가장 설득력 있는 수준의 합의가 있었기 때문입니다. 실험 시스템에서, 사실상 표면 프로토네이션은^{표면(21)과}어느 정도의 전하 전달을 유도하는 ILs의 양이온 및 음이온으로부터 나타난다고 생각된다.
3. 염료가 두....

결과

바인딩 모티프의 구조적 특성
4개의 상이한 부분 전하 세트에 대한 대표바인딩 모티프는 MD의 15ps 이후의 도 2에도시되어 있다. 도 2에서,(상술한) 문헌 유래 전하에 대해, 표면 양성자들과의 눈에 띄는 수소 결합 상호작용이 있음을 알 수 있다. 궤적의 주의 깊은 분석으로부터, 수소 결합은 대부분 표면 양성자 결합이며, 다른 3개(AIMD-파생)^20개의 전하 세트는 표면 양성자와의 강한 쿨롬빅 상호작용을 특징으로 하지 않는다. ~8.5 ps 후 AIMD 이완 염료 결합 구성을 도시하는 ref. 20의 그림 1f를 참조하면, 표면 양성자와의 강력한 수소 결합의 증거가 적기 .......

토론

Ab initio 시뮬레이션 기술은 수행하기에 비용이 많이 들기 때문에 훨씬 더 긴 기간에 시뮬레이션을 수행하려면 적어도 일부 DSC 시스템에 대한 경험적 포스필드를 사용해야 합니다. 이를 위해 MD에 대한 경험적, 고전적 시뮬레이션 포스필드를 사용하여 용해된^{인터페이스인} [bmim]⁺[NTf2]의 동등한 원자모델이 만들어졌습니다. 아나타제는 마쓰이 아카오기(MA) 포스필드를 사용하여 모델링되었으며, 염료 구조는 OPLS 매개변수를 사용하여 처리되었습니다. RTIL의 경우 염료의 진동 역학에 대한 RTIL 전하의 중요성을 결정하기 위해 4개의 다른 포스필드가 사용되었습니다. 힘 필드 파라미터는 각각 동일했고, MOE 소프트웨어 패키지에 구현되고 ab initio 궤적에 대해 장착된 확장 허켈 이론(EHT)을 활용한 자동 피팅 절차에서 생성된 포스필드 파라미터와 함께 전하 파라미터화만 다양했습니다.

ab initio 결과는 300-400, 62.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
이것은 분자 시뮬레이션이었기 때문에 실험 장비는 사용되지 않았습니다.
소프트웨어의 이름은 DL-POLY('클래식' 버전은 sourceforge를 통해 GnuPublic License에 따라 사용 가능)였습니다.