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

Samenvatting

Een kleurstof-gesensibiliseerde zonnecel werd oplosbaar door RTILs; met behulp van geoptimaliseerde empirische mogelijkheden, werd een moleculaire dynamiek simulatie toegepast om trillingen eigenschappen te berekenen. De verkregen trillingsspectra werden vergeleken met experiment en ab initio moleculaire dynamica; verschillende empirische potentiële spectra laten zien hoe de parameterisatie van de onische vloeistof voor de gedeeltelijke lading van de trillingsspectravoorspelling beïnvloedt.

Samenvatting

De nauwkeurige moleculaire simulatie voorspelling van trillingsspectra, en andere structurele, energetische en spectrale kenmerken, van foto-actieve metaaloxide oppervlakken in contact met lichtabsorberende kleurstoffen is een voortdurende netelige en ongrijpbare uitdaging in de fysieke chemie. Met dit in gedachten, een moleculair-dynamica (MD) simulatie werden uitgevoerd met behulp van geoptimaliseerde empirische potentialen voor een goed representatieve en prototypische kleurstof-sensibiliseerde zonnecel (DSC) oplosbaar door een veel bestudeerde kamertemperatuur ionische vloeistof (RTIL), onder het mom van een [bmim]⁺[NTf2]^- R solvating een N719-sensibiliserende kleurstof adsorbed op 101 anatase-titania. Daarbij werden belangrijke inzichten verkregen in hoe het gebruik van een RTIL als de elektrolytische gat acceptor moduleert de dynamische en trillingseigenschappen van een N719 kleurstof, het schatten van de spectra voor de DSC foto-actieve interface via Fourier transformatie van massa-gewogen snelheid autocorrelatie functies van MD. De verworven trillingsspectra werden vergeleken met de experimentspectra en de spectra die werden bemonsterd uit ab initio moleculaire dynamica (AIMD); in het bijzonder geven verschillende empirisch potentiële spectra gegenereerd door MD inzicht in hoe de parameterisatie van de onische vloeistof van de trillingslastbeïnvloedt. In ieder geval is aangetoond dat een zorgvuldige montage van empirische krachtveldmodellen een effectief instrument is bij het hanteren van DSC-trillingseigenschappen, wanneer gevalideerd door AIMD en een experiment.

Inleiding

In verf-gesensibiliseerde zonnecellen (DSCs), wordt de optische bandhiaat van halfgeleiders overbrugd door een licht-absorberende, of sensibiliserende, kleurstof. DSCs vereisen voortdurend opladen: daarom is een redox-elektrolyt essentieel om deze constante ladingte bevorderen (meestal in de vorm van een I^-/I^3-, in een organisch oplosmiddel). Dit vergemakkelijkt de passage van gaten van de sensibiliserende kleurstof naar het elektrolyt, met geïnjecteerde foto-opgewonden elektronen in het metaaloxide substraat passeren naar een extern circuit, met uiteindelijke recombinatie die plaatsvindt op de kathode¹. Een cruciaal aspec....

Protocol

1. MD-simulatie uitvoeren met behulp van DL_POLY

1. Bouw de DSC-systemen initiële structuur van de N719-kleurstof adsorbed tot een anatase-titania (101) oppervlak oplosbaar door [bmim]+[NTf2]^- afkomstig van eerder werk^12,13. Teken de vereiste structuur met VESTA-software.
2. Kies de N719 cis-di(thiocyanato)-bis (2,2'-bipyridl-4-carboxylate-4'-carboxylic acid)-ruthenium (II)-sensibiliserende kleurstof zonder tegenmaatregelen en zorg ervoor dat er twee oppervlaktegebonden protonen aanwezig zijn om te voorzien in de totale laadneutraliteit van het systeem.
   OPMERKING: Inderdaad, diepgaa....

Resultaten

Structurele eigenschappen van bindende motieven
Representatieve bindende motieven voor de vier verschillende deellaadsets zijn afgebeeld in figuur 2, na 15 pk MD. In figuur 2a, voor de (hierboven beschreven) literatuur-afgeleide ladingen, kan worden gezien dat er een prominente waterstof-binding interactie met een oppervlakteproton. Van zorgvuldige analyses van de baan, zijn de waterstofbanden.......

Discussie

Ab initio simulatie technieken zijn duur uit te voeren en dus simulatie uit te voeren op veel langere tijdschalen zou het gebruik van empirische krachtvelden voor ten minste een deel van het DSC-systeem vereisen. Tegen dit doel werd een gelijkwaardig atomistisch model gemaakt van de [bmim]⁺[NTf2]^- oplosbare interface, met behulp van een empirisch, klassiek-simulatie krachtveld voor MD. De anatase werd gemodelleerd met behulp van de Matsui-Akaogi (MA) krachtveld, terwijl de kleurstof structuur werd b.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Dit was een moleculaire simulatie, dus er werd geen experimenteel apparatuur gebruikt.
De naam van de software was DL-POLY (waarvan de 'Classic' versie beschikbaar is onder GnuPublic Licentie, via sourceforge)