Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Bir Oda Sıcaklığı iyonik Sıvı ile solvated Ampirik-Potansiyel Moleküler Dinamiksimülasyon bir N719-Kromofor / Titania Arayüzü Titreşimsel Spectra

Published: January 25, 2020 doi: 10.3791/60539
Automatic Translation
1, 1, 1
1School of Chemical and Bioprocess Engineering, University College Dublin, Belfield

Summary

Bir boya-sensitize güneş pili RTLs tarafından solvated oldu; optimize edilmiş ampirik potansiyeller kullanılarak, titreşim özelliklerini hesaplamak için moleküler dinamik simülasyonu uygulanmıştır. Elde edilen titreşim spektrumları deney ve ab initio moleküler dinamikleri ile karşılaştırıldı; çeşitli ampirik potansiyel spektrumlar iyonik sıvının kısmi yük parametreizasyonunun titreşimsel spektrum tahminini nasıl etkilediğini gösterir.

Abstract

Titreşimsel spektrumların ve diğer yapısal, enerjik ve spektral özelliklerin, ışık emici boyalarla temas eden foto-aktif metal-oksit yüzeylerin doğru moleküler simülasyon tahmini, fiziksel kimyada devam eden dikenli ve zor bir meydan okumadır. Bunu göz önünde bulundurarak, moleküler dinamikler (MD) simülasyonu, yaygın olarak çalışılan oda sıcaklığı iyonu ile çözülen iyi temsili ve prototipik boya duyarlı güneş pili (DSC) için optimize edilmiş ampirik potansiyeller kullanılarak gerçekleştirildi. iktisadi sıvı (RTIL), bir [bmim]+[NTf2] kisvesi içinde- RTIL 101 anataz-titania üzerine adsorbe bir N719-sensitizing boya solvating. Bunu yaparken, önemli anlayışlar nasıl elektrolitik delik alıcı olarak bir RTIL kullanarak bir N719 boya dinamik ve titreşimsel özelliklerini modüle, MD kütle ağırlıklı hız otokorelasyon fonksiyonlarının Fourier dönüşümü ile DSC fotoğraf aktif arayüzü için spektrum tahmin toplandı. Elde edilen titreşim spektrumları deney spektrumları ve ab initio moleküler dinamiklerden (AIMD) alınanlarla karşılaştırıldı; özellikle, MD'den üretilen çeşitli ampirik-potansiyel spektrumlar, iyonik sıvının kısmi yük parametreizasyonunun titreşimsel spektrum tahminini nasıl etkilediğine dair içgörü sağlar. Her halükarda, ampirik kuvvet alanı modellerinin dikkatli bir şekilde takılması, AIMD ve bir deney tarafından doğrulandığında DSC titreşim özelliklerinin işlenmesinde etkili bir araç olarak gösterilmiştir.

Introduction

Boya duyarlı güneş pillerinde (DSCs), yarı iletkenlerin optik bant boşluğu Bir ışık emici tarafından köprü, ya da duyarlılaştırıcı, boya. DSC'ler sürekli şarj gerektirir: bu nedenle, bir redoks elektroliti bu sabit yük tedarikini teşvik etmek için gereklidir (genellikle organik bir çözücüde I-/I3-şeklinde). Bu elektrolit duyarlı boya deliklerin geçişini kolaylaştırır, metal-oksit substrat içine enjekte foto-heyecanlı elektronlar ile bir dış devre için geçen, nihai rekombinasyon katot yer alan1. DSC'lerin çok çeşitli gerçek dünya uygulamaları için olumlu bakış açısını destekleyen önemli bir yönü, saflıkta yüksek hammaddelere ihtiyaç duymadan, basit üretimlerinden kaynaklanmaktadır; bu silikon bazlı fotovoltaik ler için gerekli yüksek sermaye maliyeti ve ultra saflık ile taban tabana zıttır. Her halükarda, düşük uçuculuğa sahip daha az kararlı elektrolitleri oda sıcaklığında iyonik sıvılarla (RTL' ler) değiştirerek DSC'lerin çalışma ömrü zaman ölçeklerini önemli ölçüde iyileştirme olasılığı önemli bir umut vaat eder. RTL'lerin katı benzeri fiziksel özellikleri, sıvı benzeri elektriksel özellikleri (düşük toksisite, yanılabilirlik ve uçuculuk gibi)1 bunlardc uygulamalarında kullanım için oldukça mükemmel aday elektrolitler oluşturur.

DSC'lerde RTL'ler için bu tür beklentiler göz önüne alındığında, son yıllarda, RTILs ile DSC-prototip N719-kromophore / titania arayüzleri çalışmada faaliyet önemli bir artış olmuştur pek şaşırtıcı değildir. Özellikle, bu tür sistemler üzerinde önemli çalışmalar yapılmıştır2,3,4,5, boyalar şarj-ikmal kinetiği de dahil olmak üzere fizik-kimyasal süreçlerin geniş bir paketi düşünün2,5,elektron-delik dinamikleri ve transfermekanistikadımları 3 , ve, tabii ki, bu üzerine titania yüzeylerin nanoölçekli doğa etkileri, ve diğer, süreçler4.

Şimdi, DFT tabanlı moleküler simülasyon, özellikle AIMD etkileyici gelişmeler akılda6, malzeme biliminde ve özellikle DSC'ler için son derece yararlı bir prototip tasarım aracı olarak7,8,9,10,11, optimal fonksiyonel seçilimin kritik değerlendirmesi hayati önem taşıyor8,9, AIMD teknikleri daha önce boya yapısı, adsorpsiyon modları ve DSC-semiiletken yüzeylerde titreşim özellikleri üzerinde oldukça önemli dağılım ve açık-RTIL solvation etkileri inceleyerek çok yararlı kanıtlamıştır. Özellikle AIMD'nin benimsenmesi, bant boşluğu gibi önemli elektronik özelliklerin makul, yarı nicel olarak ele geçirilmesi ve tahmin edilmesinde ve yapısal bağlamada bazı başarılara yol açmıştı.13ve titreşim spektrumları14Hakemlerde. 12-14, AIMD simülasyonları foto-aktif N719-kromofor boya (101) anataz-titania yüzeyine bağlı, hem elektronik özellikleri hem de yapısal özellikleri hem de [bmim] varlığında değerlendiren yoğun olarak yapıldı+[NTf2]-12,13ve [bmim]+[I]-14RTILs, [bmim] durumunda titreşim spektrumları ek olarak+[I]-14. Özellikle, yarı iletken yüzeyinin rijitliği15, doğal karşılaştırmalı fotoğraf aktivitesi dışında, (101) anataz arayüzleri yapar AIMD simülasyon, içinde biraz değiştirmek için yüzey açtı12,13,14uygun bir seçimdir. Ref. 12'nin gösterdiği gibi, katyonlar ve yüzey arasındaki ortalama mesafe yaklaşık 0,5 Å düştü, katyonlar ve anyonlar arasındaki ortalama ayrım 0,6 Å azaldı ve katyonun aver'de olduğu ilk katmandaki RTL'lerin gözle görülür şekilde değiştirilmesi boyanın merkezinden daha fazla yaş 1.5 Å, doğrudan RTIL-solvated sistemlerde açık dağılım etkileşimleri neden oldu. Adsorbed N719 boya yapılandırmasının fiziksel olmayan bükülme de vacuo açık dağılım etkilerinin bir sonucu ydu. Ref. 13'te, açık RTIL solvasyonu nun ve fonksiyonel seçilimin bu yapısal etkilerinin DSSC'lerin davranışını etkileyip etkilemediği konusunda analiz ler yapılmış ve dağılım da hem de açık solvasyonun çok önemli olduğu sonucuna varılmıştır. Ref. 14'te, diğer grupların yüksek kaliteli deneysel titreşim-spektral verileri ile, belirli etkiler sistematik olarak hem açık [bmim] üzerinde ölçüldü+[I]-reflerde kurulan dağılım ve dağılım doğru işleme. 12 & 13 belirgin spektral mod özelliklerinin çoğaltılması üzerine; bu açık solvasyon önemli olduğu sonucuna yol açtı, dağılım etkileşimleri doğru tedavi yanında, açık çözücü katalizörlerAIMD modelleme durumunda hem yapısal hem de dinamik özellikleri için önceki bulgular yankılanan16. Nitekim, Mosconi ve ark. ayrıca DSC simülasyonDFT tedavisi üzerinde açık-solvation etkileri etkileyici bir değerlendirme yaptık17. Bahers ve ark.18TD-DFT düzeyinde ilgili spektrumile birlikte boyalar için deneysel emilim spektrumları incelenmiştir; bu TD-DFT spektrumları deneysel muadilleri ile hesaplanmış geçişleri açısından çok iyi anlaştılar. Buna ek olarak, pirrolidin (PYR) türevlerinin emilim spektrumları Preat ve ark.19, boyaların geometrik ve elektronik yapıları hakkında önemli bilgiler sağlamak ve pir tabanlı DSSC'lerin özelliklerini optimize etmeye hizmet eden yeterli yapısal modifikasyonları ortadan kabsallandırmak - simülasyona dayalı/rasyonalize edilmiş 'moleküler tasarım' ruhu.

DSC'lerin özelliklerinin ve işlevinin doğru modelilmesine yönelik hem DFT hem de AIMD'nin önemli katkısını açıkça ortaya koyarak, yapısal, elektronik vetitreşimsel standpoints7,8,9,10,11,12,13,14, şimdi - açık solvation ve dağılım etkileşimlerinin uygun tedavi gibi önemli teknik konular da dahil olmak üzere - mevcut çalışma - odak ne kadar iyi ampirik-potansiyel yaklaşımlar apposite ve bu tür prototip dsc sistemlerinin yapısal ve titreşimsel özellikleri makul tahmin adresine uyarlanmış olabilir pragmatik soru doğru döner, anataz üzerinde adsorbed N719 boya alarak (101) anataz üzerinde adsorbed (101) içinde [ bmim]+[NTf2]- RTIL noktada bir durum olarak. Bu önemli, sadece forcefield tabanlı moleküler simülasyon faaliyetleri ve metodolojik makine dsc simülasyonu7 mücadele için mevcut büyük korpus nedeniyle , ve metal-oksit yüzeyleri daha yaygın olarak, ama aynı zamanda şaşırtıcı derecede azaltılmış hesaplama maliyeti vis-à-vis DFT tabanlı yaklaşımlar nedeniyle, birlikte daha verimli faz alanı ve yapısal evrim ivis vis cocos, Rtilcos, yapısal evrim yakalamak için önyargılı örnekleme yaklaşımları çok verimli bağlantı olasılığı ile ortam sıcaklıklarında katı benzeri fiziksel özellikleri hakim. Bu nedenle, hem DFT hem de AIMD tarafından bilgili olan forcefield yaklaşımlarının yanı sıra titreşimsel spektrum14için deneysel verilerle bilgilendirilen bu açık kuvvet alanı yaklaşımından motive olarak, N719 boyanın atomik hız otokorelasyon fonksiyonunun (VACF) kütle ağırlıklı Fourier dönüşümlerini kullanarak MD'den gelen titreşim-spektrum tahmininde ampirik-potansiyel performansı değerlendirme görevine yöneliyoruz. Bir önemli endişe RTIL farklı kısmi-şarj parametreizasyonları titreşim-spektrum tahmin etkileyebilir nasıl, ve özellikle dikkat bu noktaya verildi, hem de en iyi spektral mod tahmin için en iyi spektral mod tahmin için kuvvet alanları terzilik daha geniş bir görev ve AIMD20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. DL_POLY kullanarak MD Simülasyonu Gerçekleştirme

  1. N719-boyanın DSC-boya ilk yapısını bir anataz-titania (101) yüzeyine adsorbe edin [ bmim]+[NTf2]- önceki çalışmadan alınan12,13. VESTA yazılımını kullanarak gerekli yapıyı çizin.
  2. N719 cis-di(tiyosiyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-karboksilik asit)-rutenyum (II)-sensitize boya hiçbir karşı tonları ile seçin ve genel sistem şarj tarafsızlığı sağlamak için iki yüzeybağlı proton varlığını sağlamak.
    NOT: Nitekim, De Angelis ve ark. tarafından derinlemesine çalışmalar da anataz-titania21adsorbe N719 gerçekçi bir temsili oluşturmak için bu kurduk. Bunun nedeni, ref. 21'de, bir dizi özellik için deneysel sonuçlarla en ikna edici anlaşma düzeyinin olmasıdır; deneysel sistemlerde, de-facto yüzey protonasyonu NUN IL'lerin katyonları ve anyumlarından ortaya çıktığıdüşünülmektedir.
  3. Boyanın iki karboksiat grubu (yani bidentate) aracılığıyla TiO2 yüzeyine kimyasal olarak adsorbe edilmesini sağlayın. Bu ilk adsorbe boya yapılandırması I1 olarak belirtilen ve Schiffman ve ark.22tarafından bulunan benzer , hangi dikkate alınan yüzey protonasyonu ile en kararlı olduğu tespit edilmiştir. Hakemlere danışın. 12 & 13 kimyasal adsorpsiyon koordinatları da dahil olmak üzere, bu nasıl yapılır ayrıntılı bir hesap için.
  4. Sensitize boya N719 (cis-di(tiyosiyanato)-bis(2,20-bipyridl-4-karboksilik asit)-rutenyum(II)) hiçbir karşı olduğunu emin olun. Ref. 12 & 13'te olduğu gibi şarj tarafsızlığı için iki yüzeye bağlı proton ekleyin.
  5. Seçin 1-butyl-3 metilimidazolium bis (trifluorometil sülfonil)imide, oluşan 12 katyon-anyon çiftleri12,13. Bunlar hakemlerden alındı. 12 ve 13.
  6. Lopes ve ark.23'üniyi onaylanmış forcefield'ını kullanarak ampirik potansiyeller aracılığıyla RTIL yapılandırmasını rahatlatın. Matsui-Akaogi (MA) kuvvet alanını kullanarak anataz modeli ve gevşeme sürecinde titania hareketlilik içerir. Aşağıdaki adım 2.1'deki DL-POLY ayrıntılarını kullanarak, 0,001'lik eşlenik-gradyan-en aza indirme degradesi ile MD yerine DL-POLY'de geometri optimizasyonu gerçekleştirin. Burada, dinamikler yerine ALAN dosyasında optimizasyon belirtin.
  7. Anataz yüzeyi için, (TiO2)96, 288 atomdan oluşan, x boyunca periyodik olduğundan emin olun- ve y- laboratuvar eksenleri, RTIL paralel (101) yüzeyler bir çift projektör; x-ekseni 23 Å ve y-ekseninde 21 Å boyutları. Bu hakemlerden alındı. 12 ve 13.
  8. Açık bir çözücü ile tüm DSC sistemi 827atom12,13oluşur emin olun; RTIL solvülasyonundan yoksun olan 'in-vacuo' durumda sistemde 347 atom olmalıdır.

2. DL_POLY kullanarak forcefield tabanlı MD Simülasyonu gerçekleştirme

  1. DL-POLY kullanarak çeşitli kısmi şarj setleri ile (vide infra) 1fs zaman adımı ve 300 K bir NVT topluluk24,25, Boya için RTIL ve genel amaçlı OPLS modeli için Lopes ve ark23 forcefield parametrelerini kullanarak 15 ps için MD gerçekleştirin26, iyi incelenmiş ve güvenilir Matsui-Og Akai potansiyeli titania27-force için hareket ile. Terminalde DL-POLY çalıştırmak için DLPOLY yazın. X & giriş dosyalarının bulunduğu yer.
  2. 28 DL_POLY uygulandığı gibi, bu yukarıda belirtilen ampirikkuvvet alanları üzerinden klasik MD gerçekleştirin. Burada, yazılımda bir grafik kullanıcı arabirimi (GUI) kullanmaya gerek yoktur, bu nedenle kapsamlı ve kolay takip yazılım kılavuzu29kullanarak ayrıntıları girin izlenir. Burada, CONTROL dosyasında (giriş dosyaları için Ek Bilgileri kontrol edin), NVT için 'Nose-Hoover' belirtin ve her 1 fs'de konum-hız yörüngesini yazdırmayı tercih edin.
  3. FIELD dosyasında, Lennard-Jones parametreleri için Lorentz-Berthelot kurallarını birleştirerekuygulayın 25. Lennard-Jones (LJ) yarıçapının aritmetik ortalamasını ve LJ'nin geometrik ortalamasını, ref. 25'te ayrıntılı olarak belirtildiği gibi ampirik kuvvet alanları için alınve bunu bağlı olmayan etkileşimler sekmesi altında FIELD dosyasının alt bölümüne girin.
  4. Uzun menzilli elektrostatik işlemek için, Ewald yöntemi25uygulayın ; r cut = 10 Å. Consult refs bonded olmayankesme uzunluğu kullanın. Elektrostatik parametrelerin nasıl optimize edileceklerine dair kesin ayrıntılar için 25 & 30. CONTROL dosyasındaki Ewald yöntemi için gerçek uzay bozunma parametresini ~3.14/rkesecekşekilde ayarlayın ve 1E-5'in Ewald değerlendirmesinde göreceli bir tolerans sağlamak için Ewald dalga vektörlerinin sayısını seçin; CONTROL dosyasında belirtin.
  5. KONTROL dosyasında, rcut = 10 Å'ın belirtilmesini sağlayın; bir REVCON dosyası ile potansiyel enerji değerlendirmeleri bir dizi yürütmek (CONFIG olarak yeniden adlandırılır) OUTPUT sistem basıncı rkesimseçmek için birkaç yüzde içinde yakınsama kadar, ama ~ 2,5 kez en büyük LJ mesafe25,30altında herhangi bir rkesim önlemek .
    NOT: Bu kısa 15 ps MD-yayılım zaman ölçeği ~ 8.5 ps Born-Oppenheimer-MD (BOMD) simülasyonları refs aynı başlangıç yapılandırması ile benzer olarak seçilir. 9, 10 & 17, böylece doğrudan karşılaştırma titreşim-spektrum tahmini hemAI-20 ve forcefield tabanlı MD (karşılaştırma ve deney karşı doğrulama ile de) tarafından sağlanan izin vermek için.
  6. CONTROL dosyasından yönlendirildiği gibi her adımda hem hızların hem de pozisyonların yazdırıldığı HISTORY dosyasından, terminalde python dye_atom_velocity_seperate.py (bkz. Ek Bilgiler) kullanarak x-, y-, z-hızlarını ayıklayın. Her adımda hızları ayıracaktır.
  7. VACF'yi vacf151005.py kullanarak hesaplayınız (Bkz. Ek Bilgiler). Terminalde ,/classical_dye_autocorr.shyazın; tüm boya atomlarının VACF'ini hesaplayacaktır. Md 'den (AIMD14,20 veya forcefield tabanlı olsun) boyanın atomik hız otokorelasyon fonksiyonunun kütle ağırlıklı Fourier dönüşümlerini kullanarak (VACF)31,32,33 piton MWPS.py kullanarak (Bkz. Ek Bilgiler). Terminalde ,/run_all_4.shyazın; kütle ağırlıklı güç spektrumlarını hesaplayacaktır.
  8. Yaygın olarak kullanılabilen yazılımları kullanarak bu VACF'lerde Fourier dönüşümü gerçekleştirin.
  9. AIMD'deki en kaliteli DFT tedavisinin (örn. açık solvasyon kullanımı ve dağılıma doğru bir şekilde işlenmesi, fonksiyonel bir esrarengiz seçimin yanı sıra) deneysel verilere karşı kıyaslama için kullanılmasının önemli olduğunu unutmayın12,13,20 ve empirical-potential MD'nin karşılaştırmalı performansını ölçme/uyarlama, özellikle, elektrostatiklerin ve kısmi ücretler için seçeneklerin büyük etkisi16. Hakemlere bakın. 12 ve 13 ve derinlemesine bir takdir kazanmak için bu çalışma, ve, AIMD yapmak niyetinde ise (mevcut çalışmada durum böyle değil), gelecekte böyle bir durumda hareket, AIMD yürütmek için ihtiyaç ortaya çıkarsa.

3. Kuvvet alanlarının her birinin sonuçlarını karşılaştırma

NOT: RTIL için kısmi yük kümelerini 2. adımda ampirik-potansiyel tabanlı MD simülasyonu için değerlendirmek önemlidir, birbirleriyle karşı hazır karşılaştırma için, açık RTIL çözücüdeneyve ab initio-MD sonuçları (Grimme-D3 dağılımı ile PBE fonksiyonel kullanarak, titreşim spektrumtahmini için üstün performansı göz önüne alındığında)20; bunlar aşağıdaki gibidir:

  1. Literatürden türetilmiş RTIL ücretleri durumunda, anyon ücretleri Genişletilmiş Hückel Teorisi34,35, AIMD yörüngeleri dayalı23, ref. 20 içinde anyon-şarj parametreizasyon olmaması nedeniyle, lopes ve ark.23 katyon ücretleri alınacak tırmık ücretleri ile literatür ücretleri bir tablo hazırlayın ve DL-POLY için ALAN-formatına koymak için bulunmalıdır.
  2. Mulliken RTIL ücretleri Mulliken nüfus analizi ile hesaplanacak olduğunu unutmayın. Ab initio MD yörünge20dört nokta üzerinde ortalama mulliken analizi gerçekleştirin, renormalize ve literatür ücretleri bir tablo hazırlamak ve DL-POLY için ALAN-dosya biçimine koymak.
  3. Genişletilmiş Hückel Teorisi (EHT) ücretlerinin, hem RTIL anyon larına hem de katyonlara uygulanan EHT kullanılarak AIMD yörüngeleri20'ninson konfigürasyonundan takılması gerektiğini unutmayın. AB initio MDyörüngesi 20dört nokta üzerinde ortalama tarafından EHT analizi gerçekleştirin , MOE yazılım paketinde uygulandığı gibi (yapılandırma dosyasında okuduktan sonra 'Şarj Analizi' menüsü seçerek)35, yeniden normalize ve literatür ücretleri bir tablo hazırlamak ve DL-POLY için ALAN dosyası biçimine koymak.
  4. Hirshfeld RTIL ücretleri ab initio MD yörünge20dört nokta üzerinde ortalama tarafından Hirshfeld-şarj analizi hesaplanacak olduğunu unutmayın , anyonlar ve katyonlar için20, MOE yazılım paketinde uygulanan (yapılandırma dosyasında okuduktan sonra 'Şarj Analizi' menüsü seçerek)35. Bu sözde ücretlerin yeniden normalleştirilmesinden, bunları DL-POLY FIELD dosyasındaki uygun biçimde titretin.
  5. [bmim]+[NTf2]için farklı yük kümelerinin Tablo 1 & Tablo 2'desunulduğunu ve bu miktarın da simetri ve genel yük korumayı hesaba katmak için bazı atom yüklerinin değiştirilmesi gereken ortalama miktarı gösterdiğini unutmayın.
  6. Son şarj kümelerinin katyonda +1'e ve anyonda -1'e kadar olan ücretlerin toplamına sahip olması gerektiğini unutmayın. Katyon ve anyon sırasıyla Şekil 1a ve Şekil 1b'degösterilmiştir. Bu şarj kümelerinin büyük ve büyük ölçüde ilham aldığı altta yatan DFT örnekli spektrumlar örtülü şarj aktarımı na sahiptir ve ±1'e yakın ücretlere yol açma eğilimindedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bağlayıcı Motiflerin Yapısal Özellikleri
Dört farklı kısmi şarj seti için temsili bağlama motifleri Şekil 2'degösterilmiştir , MD 15 ps sonra. Şekil 2a'da(yukarıda açıklanan) literatürden türetilmiş yükler için, bir yüzey protonu ile belirgin bir hidrojen bağetkileşimi olduğu görülebilir. Yörüngenin dikkatli analizlerinden, hidrojen bağları çoğunlukla yüzey-proton bağlı iken diğer üç (AIMD türetilmiş)20 şarj setleri bir yüzey proton ile böyle güçlü bir Coulombic etkileşim özelliği yok. ~8.5 ps'den sonra AIMD-relaxed boya bağlayıcı yapılandırmasını gösteren ref. 20'nin Şekil 1f'sine atıfta bulunularak, bir yüzey protonu ile güçlü hidrojen bağlanmasına dair daha az kanıt da vardır, bu nedenle bu niteliksel olarak benzer substrat bağlama düzenlemeleri(Şekil 2b-d)elde etmek için mevcut forcefield tabanlı MD'yi AIMD tabanlı yük setlerine uyarlamada niteliksel olarak tutarlıdır ( Şekil 2 b-d ). Nitekim, literatürde türetilmiş durumda kısmi yüklerin küçük büyüklüğü aimd çeşitli şekillerde örneklenmiş vis-à-vis (Tablo 1 & Tablo 2) şekil 2belirgin yüzey proton ile elektrostatik (hidrojen-bond) etkileşimi vurgulamak için hizmet veren büyük ölçekli kısmi RTIL yükleri ile karşılaştırıldığında şarj koruma daha az ölçüde yol açar. Her halükarda, ilginçtir, Mulliken-türetilmiş yük seti anataz yüzeyinde bir köprü oksijen atomu ile belirgin bir hidrojen bağı var boya belirli bir sürekli 'kinking' gösterir (Şekil 2b), hangi ref PBE sisteminin redolent olduğunu 15 Grimme dispersiyon olmadan (Şekil 2d therein): Mulliken ücretleri nin genel olarak tanınan alt kalitesi bu daha az fiziksel yol açar, kalıcı kinking, hangi daha ayrıntılı olarak incelenmiştir. 12, 13 ve 20. Tellingly, daha kaliteli şarj uyuyor (EHT ve Hückel) AIMD20 daha gerçekçi N719 bağlayıcı motifler Şekil 2c, d, hangi Ref Grimmer-D3 dispersiyon featuring PBE tabanlı BOMD ile uyumludur 20 (cf. Şekil 1f therein); motiflerin ref. 20 ile karşılaştırılması, hirshfeld ücretleri için biraz daha fazla durum olduğunu göstermektedir.

Ampirik-Potansiyel Spektrum
Brüt yapısal düzeyde zaten parametreleme ve pragmatik en kaliteli AIMD veri vis forcefield tabanlı MD etkinliğini uyarlama RTIL kısmi şarj kümelerinin net etkisi kurulmuş olması, şimdi N719 titreşim spektrumlarının replikasyonu için ampirik-potansiyel tabanlı MD dikkate açın. Dört farklı parametrize yük kümesiiçin kütle ağırlıklı VACF spektrumları Şekil 3'tegösterilmiştir; daha önce de belirtildiği gibi, her ne kadar dört MD tarafından oluşturulan spektrumlar boyaları ve yüzeyleri için aynı kuvvet alanlarına sahip olsalar da, RTIL katyonlarve anyonlar için uygulanan kısmi yükler de farklılık gösterirler.

Şimdi, ÖNCE MD tahmin titreşim spektrumları tartışmak için, bize onların daha temel doğası ve üst düzey yorumu hakkında bazı kısa açıklayıcı yorumlar yapalım. Şekil 3'teki sürekli renkli çizgiler, dört RTIL kısmi şarj kümesinin tümü için 0 ile 2500 cm-1aralığındaki (ampirik potansiyel) MD tabanlı spektrumları gösterir. Kesikli dikey gri çizgiler N719 boya için deneysel modları kurulmuş ve frekansları 1230, 1380, 1450, 1540, 1600, 1720 ve 2100 cm-1,sırasıyla36. İki gri spektral insets ref. 37 deneysel ATR-FTIR sonuçları, üstteki çözülmemiş N719 tozu için spektrum ve solsuz N719 toz için en alt olan bir anataz üzerinde adsorbe. Bu deneysel sonuçlar sadece bir rehber olarak tasarlanmıştır, bu spektrumlar diğer çalışmalarda biraz farklı ve iki deneysel insets kendilerini biraz anataz adsorpsiyon nedeniyle farklıdır. Bir çözücü varlığı spektra değiştirmek için beklenebilir, bir RTIL veya daha geleneksel asetonitril olsun. Ayrıca, deneysel spektrumların daha az frekans penceresine sahip olduğu ve çeşitli geometrilerde birden fazla boyanın dinamik özelliklerinin bir karışımını ifade ettiği unutulmamalıdır; buna karşılık, bu sonuçlar tek bir N719 molekülü anataz substrat adsorbe, bu nedenle kaçınılmaz olarak daha keskin bir sinyal yol için olduğu unutulmamalıdır.

Şimdi, modları kendilerini refs daha fazla tartışılır. 14 & 18; mevcut tartışma, altta yatan doğasının aksine, bunların çoğaltılmasında her tekniğin doğruluğuna daha fazla odaklanır.

0-500 cm-1: Önceki AIMD sonuçları (yani Grimme-D3 dağılımlı PBE tabanlı BOMD ve açık RTIL solvasyonu)20 300-400 cm-1 bölgesinde bir spektroskopik tepe kümesi gösterir. ab initio spektrumlara yakınlık açısından, klasik şarj setleri eht, Hirshfeld, edebiyat tabanlı ve Mulliken olarak en yakın uzak sırayla sırayla sıralanır.

500-1000 cm-1: ab initio MD spectra20, 625, 750 ve 825 cm-1'debelirgin titreşim zirvelerini gösterir; klasik spektrumlarda bulunan ana zirveler 600 ve 800 cm-1 edebiyattan elde edilen yükler için, 525 ve 800 cm-1 Mulliken ücretleri için, 675, 810 ve 900 cm-1 EHT ücretleri için ve 650.800 ve 900 cm-1 Hirshfeld şarj seti için. Literatür ve Mulliken şarj setleri grosso modo ab initio spectra bazı özellikleri çoğaltmak rağmen, hem EHT ve Hirshfeld türetilmiş şarj setleri ana zirveleri sadece 25-75 cm-1 ab initio olanlar üzerinde olan spektrumlar oluşturmak. Şekil 2c,d'deki bağlayıcı motifin ref.20'nin Şekil 1f'sine göre çok daha yakın yapısal benzerliği göz önüne alındığında, bu mükemmel, yarı nicel anlaşma, yüksek kaliteli AIMD kullanarak pragmatik olarak kuvvet alanlarını uyarlamak ve optimize etmek için cesaret vericidir.

1000-1500 cm-1: BOMD spektrumları 1000, 1300 güçlü zirveleri evince, ve 1400 cm-120, forcefield tabanlı spektrummevcut ana zirveleri ise 1075 ve 1200 cm-1 literatürden türetilmiş ücretleri, 1080, 1350 ve 1450 cm-1 Mulliken ücretleri için, 1075 ve 1200 cm-1 EHT ücretleri ve 1075 ve 1250 cm-1 Hirshfeld şarj için. Forcefield tabanlı RTIL-şarj setleri AIMD simülasyonu 20'yeyakın sonuçlar üretse de, bu ve BOMD arasındaki önemli bir fark, mevcut ampirik potansiyel simülasyonların kimyasal adsorpsiyon olasılığından ziyade sadece fiziksel adsorpsiyona izin verdiği önemli bir gerçektir. Açıkçası, bu titreşim bükme spektral bölgede özellikle güçlü bir etkiye sahip olacak ve yüzey bağlama ile ilgili titreşim modları değişen iyi bir anlaşma açıklamak için hizmet vermektedir.

1500+ cm-1: 1500 cm-1'inüzerindeki streç hakim frekans aralığında, 1525, 1575, 1600, 1700 ve 2075 cm -1'de solvated ab initio spectra20 sergi modlarında-1. Dört forcefield tabanlı spektrum1525 cm-1bölgesinde modları var, hiçbiri 2075 cm-1civarında tiyokyano modu yakalamak iken. Literatürden elde edilen şarj seti 1625 ve 1700 cm-1titreşim modları gösteren spektrumüretir, Mulliken ücretlerinin kullanımından elde edilen spektrumlar ise 1600, 1675 ve 1775 cm-1'demodlarla sonuçlanır. EHT tarafından oluşturulan spektrumlar 1700 cm-1'debir moduna sahiptir ve Hirshfeld tarafından oluşturulan spektrumlar 1575, 1600 ve 1700 cm-1modları ile DFT tabanlı MD sonuçlarını yeniden üretme de oldukça mükemmel bir iş yapar. Hirshfeld şarj montajının daha sofistike olmasının, belirgin spektral özelliklerin temel nitel üremesi açısından önemli temettüler ödediği, RTL'lerin önemli etkisini ve elektrostatiklerinin N719 titreşim özelliklerinin temel ayrıntılarını yakalamada uygun şekilde işlenmesini daha da ileriye gösterdiği açıktır.

Figure 1
Şekil 1: Kabul edilen sistemin katyon ve anyon görüntüleri. Karbon siyan, mavi nitrojen, kırmızıda oksijen, beyaz hidrojen, sarı da sülfür ve pembe flor ile gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: 15 ps MD'den sonra düşünülen sistemlerin rahat geometrilerini gösteren frontal görünüm. Karbon gri, azot mavi, oksijen kırmızı, hidrojen beyaz, titanyum gümüş, kükürt sarı ve rutenyum açık yeşil gösterilir. Açıkça çözünen sistemler, görüntüleme kolaylığı için RTIL iyonları olmadan gösterilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: MD'den adsorbed-N719 için Titreşimsel Spektrum; kuvvet alanı tabanlı MD simülasyonları sadece RTIL'in kısmi yük parametrizasyonunda birbirinden farklıdır. Her arsa içinde gri (alt) / (üst) inset León37deneysel ATR-FTIR sinyal karşılık gelir , için (kuru-N719 anataz üzerine adsorbe) / (kuru-N719 toz). Kesik çizgiler, kurulan titreşim modlarını gösterir30. (a) Literatürden türetilmiş RTIL Ücretleri, (b) Mulliken RTIL Ücretleri, (c) Genişletilmiş-Huckel-Teori Ücretleri, ve (d) Hirshfeld RTIL Ücretleri. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Atom Anyon
Edebiyat Mulliken Eht Hirshfeld
N 0.15 0.005 -0.76 -0.1
C -0.11 -0.06 0.65 0.14
N 0.15 0.005 -0.76 -0.1
C -0.13 -0.06 0.2 0.14
C -0.13 -0.06 0.2 0.14
C -0.17 -0.34 0.274 0
H 0.21 0.2 0.15 0.11
C -0.17 -0.34 0.354 0
H 0.21 0.18 0.15 0.09
H 0.21 0.18 0.15 0.09
H 0.13 0.18 0.08 0.08
H 0.13 0.18 0.08 0.08
H 0.13 0.18 0.08 0.08
C 0 -0.25 -0.16 0
H 0.13 0.18 0.08 0.08
H 0.13 0.18 0.08 0.08
C 0 -0.25 -0.16 0
H 0.045 0.151 0.08 0.04
H 0.045 0.151 0.08 0.04
C -0.17 -0.34 -0.24 0
H 0.045 0.151 0.08 0.04
H 0.045 0.151 0.08 0.04
H 0.045 0.151 0.08 0.04
H 0.045 0.151 0.08 0.04
H 0.045 0.151 0.08 0.04
ortalama modifikasyon 0.0062 0.0159 -- 0.0195

Tablo 1: Katyonun atomik kısmi yükleri için farklı parametrize şarj setleri. Ortalama modifikasyon, genel yük tarafsızlığını elde etmek için gerekli yükün atom başına değişimidir.

Atom Anyon
Edebiyat Mulliken Eht Hirshfeld
N -0.368 -0.44 -0.368 -0.62
S 1.311 0.5 1.311 1.41
O -0.717 -0.3 -0.717 -0.64
C 1.09 0.25 1.09 0.8
ortalama modifikasyon -- 0.0062 -- 0.0045

Tablo 2: Aiyonun atomik kısmi yükleri için farklı parametreli yük setleri. Ortalama modifikasyon, genel yük tarafsızlığını elde etmek için gerekli yükün atom başına değişimidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ab initio simülasyon teknikleri gerçekleştirmek için pahalı ve bu nedenle çok daha uzun zaman ölçeklerinde simülasyon gerçekleştirmek için en azından bazı DSC sistemi için ampirik forcefields kullanımını gerektirir. Bu amaçla, MD için ampirik, klasik simülasyon kuvvet alanı kullanılarak [bmim]+[NTf2]- solvated arabiriminden eşdeğer bir atomistik model oluşturuldu. Anataz Matsui-Akaogi (MA) forcefield kullanılarak modellenmiştir, boya yapısı Ise OPLS parametreleri kullanılarak ele alındı. RTIL için, boyaların titreşim dinamiği nde RTIL yükünün önemini belirlemek için dört farklı kuvvet alanı kullanılmıştır. Kuvvet alanı parametreleri her biri için aynıydı ve moe yazılım paketinde uygulandığı ve ab initio yörüngelerine uygun genişletilmiş Huckel teorisini (EHT) kullanan otomatik montaj prosedüründen oluşturulan kuvvet alanı parametreleri ile sadece yük parametreizasyonu farklıydı.

Ab initio sonuçları 300-400, 625, 750, 825, 1000, 1300, 1400, 1500, 1525, 1575, 1600, 1700 ve 2075 cm-1bölgesinde spektroskopik zirveler kümesi göstermektedir. Ab initio spektrumlara yakınlık açısından, klasik yük setleri, EHT, Hirshfeld, Edebiyat ve Mulliken olarak, en yakın uzaklardan sırayla sıralandı. Klasik spektrumlarda bulunan ana zirveler edebiyattan elde edilen yükler için 600, 800, 1075, 1200, 1525 cm-1'dir. Zirveler, Mulliken ücretleri kullanarak, 525, 800, 1080, 1350, 1450, 1525, 1625, 1700 cm-1ortaya çıkar. EHT ücretleri 675, 810, 900, 1075, 1200, 1525 cm-1bölgesinde zirvelere yol açar. Son olarak, Hirshfeld şarj 650, 800, 900, 1075, 1250 ve 1525 cm-1zirveleri evinces .

Amacıyla makul üstün Hirshfeld-şarj performansı (hem yapısal hem de titreşim), bu forcefield yöntemleri şüphelenmek için kurşun, iyi kaliteli DFT ve AIMD tarafından bilgili ücretler için pragmatik olarak uyarlandığında, her zaman prototipd tasarım AIMD için makul bir yedek olarak hizmet edebilir, bu oldukça iyimser resim her zaman tutmaz. Nitekim, ampirik-potansiyel modelleri mevcut N719 senaryoda başarısız - biraz muhteşem, kabul edilmelidir - 1800 ve 2000 cm-1arasında spektral bölgede . Hem PBE-Grimme-BOMD20 hem de deneysel sonuçlar37 bu bölgede çok az aktivite gösterirken, tüm klasik şarj lı parametrizasyonlar hatalı ve yanıltıcı olarak güçlü modları göstermektedir. Bu, ve tiyokyano modu zaten bahsedilen eksikliği büyük olasılıkla boya (OPLS, mevcut durumda) forcefield modeli nedeniyle düzgün bu dinamik davranışı yakalamak mümkün olması. Bu özel frekans aralığında yük parametrizasyonu, kuvvet alanındaki yapıştırma ve açısal terimlerle karşılaştırıldığında ikincil öneme sahip olacaktır. Bu kısmi şarj uydurma önemli bir ilk adım olmasına rağmen, ampirik modellerde bazı anahtar streç ve viraj etkileşimleri reparameterization da önemli olması muhtemeldir bir 'uyarıcı hikaye' olarak hizmet vermektedir.

Kapanışta, Bir DSC'deki foto-aktif arayüz için titreşimsel spektrumlar, artan karmaşıklık ve gelişmişliğin çeşitli RTIL-şarj parametreleri kullanılarak, forcefield tabanlı moleküler dinamiğin yörüngelerinden üretilen kütle ağırlıklı VACF'leri dönüştüren Fourier ile rapor edildi. Buna ek olarak, brüt yapısal bağlama modları da dikkate alınmıştır (Şekil 2), kısmi yük kümeleri bunların hassasiyeti ile birlikte. EHT ve Hirshfeld şarj setlerinin, yüksek kaliteli AIMD'ye göre brüt bağlama motiflerinin çoğaltılması ve ayrıca belirgin ATR-FTIR titreşim-spektrum özelliklerinin (ve AIMD spektrumlarına göre) çoğaltılması açısından oldukça iyi performans gösterdiği bulunmuştur. Ancak, bir selam ve önemli bir ders thiocyano modu tahmin eksikliği yanı sıra 1800 yapay modları - 2000 cm-1 aralığında iyi doğruluk AIMD ve deney çoğaltmak için basit kuvvet alanları sınırlarını gösterir ve kuvvet alanları alt kümelerinin seçilen bağlı etkileşim yönlerini yeniden parametrize etmek için ihtiyaç sinyalleri. Bu bağlamda, AIMD'ye kuvvet eşleştirme etkili ve umut verici bir stratejiyken, parametreizasyon için iyi eğitim setleri ile sıkı bağlayıcı MD kullanımı da simülasyon özellikli DSC-prototip tasarımında çok önemli bir gelecek yönü olacaktır. Yine de, bu çalışma hala etkili bir şekilde aimd ve DFT'nin pragmatik kullanımının, forcefield tabanlı MD için etkili kısmi şarj setlerinin terzilik lerine rehberlik etmede ve kısmi yükleri tek başına takmanın sınırlarını göstermede öneminin altını çizmiştir. Bununla birlikte, anyonlar ve katyonlar üzerinde ± 0,8 civarında ücret getiren giderek daha popüler olan şarj-ölçekleme yaklaşımlarının kullanılması, ampirik kuvvet alanlarıyla kullanılmak üzere uygun kısmi şarj kümelerinin geliştirilmesi açısından toplumun gelecekteki potansiyel çalışmaları için iyi bir yöndür.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

Yazarlar yararlı tartışmalar ve Bilim Vakfı İrlanda (SFI) Yüksek Performanslı Bilgi işlem kaynaklarının sağlanması için Prof David Coker teşekkür ederiz. Bu araştırma, SFI-NSFC ikili finansman programı (hibe numarası SFI/17/NSFC/5229) ve Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu tarafından ortaklaşa finanse edilen Üçüncü Düzey Kurumlararaştırma Programı (PRTLI) Döngüsü 5 tarafından desteklenmiştir.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
This was a molecular simulation, so no experimental equipment was used.
The name of the software was DL-POLY (the 'Classic' version of which is available under GnuPublic Licence, via sourceforge)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ohno, H. Electrochemical aspects of ionic liquids. , John Wiley & Sons. (2011).
  2. Tefashe, U. M., Nonomura, K., Vlachopoulos, N., Hagfeldt, A., Wittstock, G. 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. Journal of Physical Chemistry C. 116, 4316-4323 (2012).
  3. Hardin, B. E., et al. Energy and Hole Transfer between Dyes Attached to Titania in Cosensitized Dye-Sensitized Solar Cells. Journal of American Chemical Society. 133, 10662-10667 (2011).
  4. Bai, Y., Mora-Seró, I., De Angelis, F., Bisquert, J., Wang, P. Titanium Dioxide Nanomaterials for Photovoltaic Applications. Chimerical Reviews. 114, 10095-10130 (2014).
  5. Teuscher, J., et al. Kinetics of the Regeneration by Iodide of Dye Sensitizers Adsorbed on Mesoporous Titania. Journal of Physical Chemistry C. 118, 17108-17115 (2014).
  6. Long, R., English, N. J., Prezhdo, O. V. Minimizing Electron-Hole Recombination on TiO2 Sensitized with PbSe Quantum Dots: Time-Domain Ab initio Analysis. Journal of Physical Chemistry Letters. 5, 2941-2946 (2014).
  7. Agrawal, S., English, N. J., Thampi, K. R., MacElroy, J. M. D. Perspectives on quantum-based molecular simulation of excited-state properties of organic dye molecules in dye-sensitised solar cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 14, 12044-12056 (2012).
  8. Agrawal, S., Dev, P., English, N. J., Thampi, K. R., MacElroy, J. M. D. A TD-DFT study of the effects of structural variations on the photochemistry of polyene dyes. Chemical Science. 3, 416-424 (2012).
  9. Dev, P., Agrawal, S., English, N. J. 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. Journal of Physical Chemistry A. 117, 2114-2124 (2012).
  10. Lyons, C., et al. Silicon-bridged triphenylamine-based organic dyes for efficient dyesensitised solar cells. Solar Energy. 160, 64-75 (2018).
  11. Lyons, C., et al. Organic Dyes Containing Coplanar Dihexyl-Substituted Dithienosilole Groups for Efficient Dye-Sensitised Solar Cells. International Journal of Photo-Energy. , 7594869 (2017).
  12. Byrne, A., English, N. J., Schwingenschlogl, U., Coker, D. F. 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. Journal of Physical Chemistry C. 120, 21-30 (2016).
  13. Byrne, A., English, N. J. 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. Computational Materials Science. 141, 193-206 (2018).
  14. Krishnan, Y., Byrne, A., English, N. J. 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. Energies. 11, 2570 (2018).
  15. Hengerer, R., Bolliger, B., Erbudak, M., Gräatzel, M. Structure and stability of the anatase TiO2 (101) and (001) surfaces. Surface Science. 460, 162-169 (2000).
  16. Bandaru, S., English, N. J., MacElroy, J. M. D. Implicit and explicit solvent models for modeling a bifunctional arene ruthenium hydrogen-storage catalyst: a classical and ab initio molecular simulation study. Journal of Computational Chemistry. 35, 683-691 (2014).
  17. Mosconi, E., Selloni, A., De Angelis, F. Solvent effects on the adsorption geometry and electronic structure of dye-sensitized TiO2: a first-principles investigation. Journal of Physical Chemistry C. 116, 5932-5940 (2012).
  18. Bahers, T. L., et al. Modeling Dye-Sensitized Solar Cells: From Theory to Experiment. Journal of Physical Chemistry Letter. 4, 1044-1050 (2013).
  19. Preat, J., Michaux, C., André, J., Perpète, E. A. Pyrrolidine-Based Dye-Sensitized Solar Cells: A Time-Dependent Density Functional Theory Investigation of the Excited State Electronic Properties. International Journal of Quantum Chemistry. 112, 2072-2084 (2012).
  20. Byrne, A., Krishnan, Y., English, N. J. 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. Journal of Physical Chemistry C. 122, 26464-26471 (2018).
  21. De Angelis, F., Fantacci, S., Selloni, A., Nazeeruddin, M. K., Grätzel, M. J. First-principles modeling of the adsorption geometry and electronic structure of Ru (II) dyes on extended TiO2 substrates for dye-sensitized solar cell applications. Journal of Physical Chemistry C. 114, 6054-6061 (2010).
  22. Schiffmann, F., et al. Protonation-dependent binding of ruthenium bipyridyl complexes to the anatase surface. Journal of Physical Chemistry C. 114, 8398-8404 (2010).
  23. Canongia Lopes, J. N., Deschamps, J., Padua, A. A. H. Modeling Ionic Liquids Using a Systematic All-Atom Force Field. Journal of Physical Chemistry B. 108, 2038-2047 (2004).
  24. Hoover, W. G. Canonical dynamics: equilibrium phase-space distributions. Physical Reviews A. 31, 1695 (1985).
  25. Allen, M. P., Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids. , 2nd Ed, Oxford University Press. (2017).
  26. Jorgensen, W. L., Maxwell, D. S., Tirado-Rives, J. Development and Testing of the OPLS All-Atom Force Field on Conformational Energetics and Properties of Organic Liquids. Journal of American Chemical Society. 118 (45), 11225-11236 (1996).
  27. Matsui, M., Akaogi, M. Molecular Dynamics Simulation of the Structural and Physical Properties of the Four Polymorphs of TiO2. Molecular Simulation. 6, 239-244 (1991).
  28. Todorov, I. T., Smith, W., Trachenko, K., Dove, M. T. DL_POLY_3: new dimensions in molecular dynamics simulations via massive parallelism. Journal of Materials Chemistry. 16, 1911-1918 (2006).
  29. Smith, W., Forester, T. R., Todorov, I. T. DL-POLY Classic user manual. , http://www.cse.scitech.ac.uk/ccg/software/DL_POLY_CLASSIC/MANUALS/USRMAN.pdf (2019).
  30. English, N. J., Lauricella, M., Meloni, S. Massively parallel molecular dynamics simulation of formation of clathrate-hydrate precursors at planer water-methane interfaces: insights into heterogeneous nucleation. Journal of Chemical Physics. 140, 204714 (2014).
  31. Thomas, M., Brehm, M., Fligg, R., Vöhringer, P., Kirchner, B. Computing vibrational spectra from ab initio molecular dynamics. Physical Chemistry Chemical Physics. 15, 6608-6622 (2013).
  32. Mancini, J. S., Bowman, J. M. On the ab initio calculation of anharmonic vibrational frequencies: Local-monomer theory and application to HCl clusters. Journal of Chemical Physics. 139, 164115 (2013).
  33. Jaeqx, S., Oomens, J., Cimas, A., Gaigeot, M. P., Rijs, A. M. Gas-Phase Peptide Structures Unraveled by Far-IR Spectroscopy: Combining IR-UV Ion-Dip Experiments with Born-Oppenheimer Molecular Dynamics Simulations. Angewandte Chemie International Edition. 126, 3737-3740 (2014).
  34. Hoffmann, R. An Extended Hückel Theory. I. Hydrocarbons. Journal of Chemical Physics. 39, 1397-1412 (1963).
  35. Chemical Computing Group. Molecular Operating Environment software. , Montréal, Québec, Canada. (2019).
  36. Finnie, K. S., Bartlett, J. R., Woolfrey, J. L. Vibrational spectroscopic study of the coordination of (2, 2'-bipyridyl-4, 4'-dicarboxylic acid) ruthenium (II) complexes to the surface of nanocrystalline titania. Langmuir. 14, 2744-2749 (1998).
  37. León, C. Vibrational Spectroscopy of Photosensitizer Dyes for Organic Solar Cells. , Cuvillier. (2006).

Tags

Kimya Sayı 155 Boya-Sensitize Güneş Pili Oda Sıcaklığında Iyonik Sıvılar (RTIL) Moleküler dinamikler (MD) Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) Ab initio Moleküler Dinamiği (AIMD) Titreşimsel Spektrum
Bir Oda Sıcaklığı iyonik Sıvı ile solvated Ampirik-Potansiyel Moleküler Dinamiksimülasyon bir N719-Kromofor / Titania Arayüzü Titreşimsel Spectra
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Krishnan, Y., Byrne, A., English, N. … More

Krishnan, Y., Byrne, A., English, N. J. Vibrational Spectra of a N719-Chromophore/Titania Interface from Empirical-Potential Molecular-Dynamics Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liquid. J. Vis. Exp. (155), e60539, doi:10.3791/60539 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter