Vibrationele Spectra van een N719-Chromophore/Titania Interface van Empirisch-Potential Molecular-Dynamics Simulation, oplosbaar door een ionische vloeistof van kamertemperatuur

Dit protocol behandelt hoe goed empirische potentiële benaderingen kunnen worden aangepast aan de en redelijke voorspelling van structurele en trillingseigenschappen van prototypische kleurstof-gesensibiliseerde zonnecelsystemen aan te pakken. Dit is belangrijk vanwege de onthutsend verminderde computationele kosten benaderingen met de mogelijkheid van verschillende bemonstering benaderingen. Om een moleculair dynamische simulatie uit te voeren, opent u het DL_POLY simulatiesoftwarebestand en gebruikt u het goed gevalideerde krachtveld van Lopez, et al.

om de kamertemperatuur ionische vloeistofconfiguratie te ontspannen via empirische potentialen. Gebruik vervolgens het krachtveld Matsui-Akaogi inclusief de mobiliteit van de Titania in het ontspanningsproces om anatase te modelleren. Als u een geometrieoptimalisatie wilt uitvoeren met een verconjugverloopminimisatieminimisatie relatieve beëindigingsverloop van 0,0001, geeft u optimalisatie in het veldbestand op voor 15 picoseconden met een één femtosecondetijdstop bij 300 Kelvin in een NVT-ensemble.

Als u DL_POLY op de terminal wilt uitvoeren, voert u DL_POLY in. X.In het controlebestand, specificeer Nose-Hoover voor NVT en kies voor positiesnelheidstraject afdrukken om de een of andere femtoseconde. Voor het anataseoppervlak, zorg ervoor dat het periodiek langs de x- en laboratoriumassen is die naar de kamertemperatuur ionische vloeistoffen een paar parallelle oppervlakken projecteren met een x-as van 21 angstroms en een y-as van 21 angstroms.

Zorg ervoor dat het kleurstof-gesensibiliseerde zonnecelsysteem met een expliciet oplosmiddel uit 827 atomen bestaat. Voor de in vacuole geval, moeten er 347 atomen in het systeem. In het veldbestand voor Lennard-Jones parameters, toe te passen Lorentz-Berthelot combineren regels en voer de rekenkundige gemiddelde van de Lennard-Jones stralen en het geometrische gemiddelde van de Lennard-Jones goed diepten voor de empirische kracht velden in het onderste gedeelte van het veld bestand onder de niet-gebonden interacties tabblad.

Voor het verwerken van lange afstand elektrostatica, de Ewald methode toe te passen met behulp van een niet-gebonden cutoff lengte van 10 angstroms en stel de echte ruimte verval parameter voor de Ewald methode in het controlebestand op ongeveer 3,14 per niet-gebonden cutoff lengte. Selecteer vervolgens het aantal Ewald-golfvectoren om een relatieve tolerantie te garanderen in de Ewald-evaluatie van één keer 10 tot de negatieve vijfde in het controlebestand. Voer een reeks potentiële energie-evaluaties uit met een REVCON-bestand dat als config wordt omgedoopt tot config totdat de systeemdruk in de output convergeert naar binnen een paar procent om de niet-gebonden cutoff-lengte te selecteren.

Gebruik in het geschiedenisbestand de diatomeeënsnelheid van Python afzonderlijk. py in de terminal om de individuele x-, y- en z-snelheden bij elke stap te extraheren. Gebruik vacf151005 om de functie snelheidsauto-correlatie te berekenen.

py en voer classical_dye_autocore. sh in naar de terminal. De snelheid automatische correlatie functie zal worden berekend voor alle diatomeeën.

Gebruik Python MWPS om de spectra uit de moleculaire dynamica te berekenen, gebruik een massagewogen Fourier Transformatie van de autocorrelatiefunctie van de atoomsnelheid van de kleurstof. py en voer run_all_4. sh in de terminal.

De massa gewogen power spectra zal worden berekend. Om gedeeltelijke veranderingsssets in de kamertemperatuur ionische vloeistoffen voor keizerlijke potentiële basis moleculaire dynamische simulatie voor klaar vergelijking tegen elkaar te beoordelen, stelt u een tabel van de literatuurladingen voor en voer deze tabel in het veldbestandsformaat voor DL-POLY. Voor het berekenen van de Mulliken kamertemperatuur ionische vloeistof ladingen, gemiddeld meer dan vier punten van de ab-initio moleculaire dynamica traject, opnieuw normaliseren en bereiden van een tabel van de literatuur kosten en voer de tabel in veld bestandsformaat voor DL-POLY.

Om de EHT-analyse uit te voeren, gemiddeld meer dan vier punten van het ab-initio moleculaire dynamicatraject zoals geïmplementeerd in het moleculaire werkomgevingsoftwarepakket. Normaliseer en bereid een tabel van de literatuurkosten opnieuw voor en voer het veld in veldbestandsindeling voor DL-POLY. Hier worden representatieve bindende motieven van de vier verschillende partiële ladingssets na 15 picoseconden van moleculaire dynamica getoond.

Voor de literatuur afgeleide lasten zoals aangetoond, kan een prominente interactie van de waterstofbinding met een oppervlakteproton worden waargenomen. Echter, de drie ab-initio moleculaire dynamica afgeleide lading sets niet beschikken over een dergelijke sterke Coulombic interactie met een oppervlak proton. Inderdaad, de kleinere omvang van de gedeeltelijke ladingen in de literatuur afgeleid geval in vergelijking met die bemonsterd op verschillende manieren van ab-initio moleculaire dynamica leidt tot mindere mate van lading afscherming in verhouding tot de grotere omvang gedeeltelijke kamertemperatuur ionische vloeistof ladingen.

Interessant is dat de Mulliken afgeleide lading set toont een bepaalde aanhoudende knikken van de kleurstof om een prominente waterstof binding met een overbruggingszuurstof atoom op het anatase oppervlak hebben. De betere kwaliteit lading past uit ab-initio moleculaire dynamiek leiden tot meer realistische N719 bindende motieven die in overeenstemming zijn met PEV-gebaseerde Born-Oppenheimer moleculaire dynamiek met Grimme-D3 dispersie. De massa gewogen ab-initio moleculaire dynamica snelheid automatische correlatie functie spectrale resultaten tonen een cluster van spectroscopische pieken op 300 tot 400 centimeter regio.

De belangrijkste pieken aanwezig in de klassieke spectra zijn op 600 en 800 centimeter voor de literatuur afgeleide kosten, 525 en 800 centimeters voor de Mulliken kosten, 675, 810 en 900 centimeter voor de EHT kosten, en 650, 800 en 900 centimeters voor de Hirshfeld lading set. Zorg ervoor dat u de oorspronkelijke structuur van de geometrie van de Titania in alle richtingen controleert. Om te optimaliseren, kracht veld kan worden gebruikt om het empirische potentieel te beoordelen bij trillingsspectra zoals voorspeld voor de moleculaire dynamiek.

ab-initio moleculaire dynamica is een effectieve en veelbelovende strategie. Het gebruik van moleculaire dynamica is waarschijnlijk ook belangrijk in simulatie mogelijk kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen prototype