Waiting
Login processing...

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

Chemistry

ויברtional ספקטרום של N719-כרומטופור/טיטניה ממשק הסימולציה מולקולארית פוטנציאלי-דינמיקה, Solvated על ידי טמפרטורת חדר הנוזל היוני

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

Summary

תא השמש לצבוע-רגישות היה solvated על ידי RTILs; תוך שימוש בפוטנציאלים אמפיריים ממוטבים, הוחלה הדמיה של דינמיקה מולקולרית לחישוב מאפיינים ויברtional. ספקטרום הרטט המתקבל הושוו עם התנסות ודינמיקה מולקולארית ab; ספקטרום הפוטנציאל האמפירי שונים מראים כיצד משתני טעינה חלקית של הנוזל היוני משפיע על תחזית ספקטרום התנודה.

Abstract

חיזוי הסימולציה המולקולרית המדויק של ספקטרום הרטט, ומאפיינים מבניים, אנרגטיים וספקטרליים אחרים, של משטחי מתכת-תחמוצת הצילום במגע עם צבע קליטת אור הוא אתגר קוצני מתמשך וחמקמק בכימיה פיזית. עם זאת בראש, הדמיית דינמיקה מולקולרית (MD) בוצעו באמצעות הפוטנציאל האמפירי האופטימיזציה עבור היטב מייצג ו-מיועד לצבוע השמש מדוברת תאים סולאריים (DSC) solvated על ידי נרחב-למדה בטמפרטורת החדר נוזלי (rtil), במסווה של [במים]+[NTf2]- rtil solvated N719-רגישות לצבוע נספחת אל 101 אנטולי-טיטניה. בפעולה זו, תובנות חשובות שנעשו לתוך איך באמצעות RTIL כמו החור האלקטרוליטי לקבלת מודולים את המאפיינים הדינמיות והרטט של N719 צבען, הערכת ספקטרום של ממשק התמונה DSC-הרכב באמצעות טרנספורמציה פורייה של מהירות משוקלל המסה פונקציות מתאם אוטומטי מ-MD. ספקטרום התנודה הנרכש הושווה לספקטרום הניסוי ולאלה שנדגמו מדינאמיקה מולקולרית משנת ab (הרכב הראשי); בפרט, ספקטרום אמפירי-פוטנציאלי שונים שנוצר מ-MD לספק תובנה כיצד הפרמטרים חלקית מחייב המטען של הנוזל יונית משפיע על תחזית ספקטרום ויברזציה. בכל מקרה, התאמה זהירה של מודלים הכוח האמפירית הוכח להיות כלי יעיל בטיפול בתכונות DSC ויברליות, כאשר מאומת על ידי ה-אימו d וניסוי.

Introduction

ב-צבען-רגישות תאים סולריים (DSCs), פער הלהקה האופטי של מוליכים למחצה הוא גישור על ידי אור קליטת, או רגישות, צבע. DSCs דורשים טעינה מתמדת: לכן, אלקטרוליט החמצון חיוני כדי לטפח את האספקה המתמדת של התשלום (בדרך כלל בצורה של I-/i3-, בממס אורגני). זה מקל על מעבר של חורים מן הצבע רגישות לאלקטרוליט, עם הזריק אלקטרונים מתרגש צילום לתוך מצע תחמוצת המתכת עובר דרך מעגל חיצוני, עם שילוב מחדש בסופו של דבר מתרחש על הקתודה1. היבט מכריע עצומה ' השקפה חיובית עבור מגוון רחב של יישומים בעולם האמיתי מקורו בייצור הישיר שלהם, ללא צורך בחומרי גלם גבוה בטוהר; זה בניגוד גמור עם עלות הבירה גבוהה ואולטרה טוהר נדרש עבור photovoltaics מבוססי סיליקון. בכל מקרה, הסיכוי לשפר באופן משמעותי את צירי הזמן של חיי העבודה של DSCs על-ידי החלפת אלקטרוליטים יציבים פחות עם נוזלים יוניים בטמפרטורת החדר (RTILs) לאחר תנודתיות נמוכה מראה הבטחה משמעותית. המאפיינים הפיזיים המוצקים של RTILs בשילוב עם המאפיינים החשמליים הנוזליים שלהם (כגון רעילות נמוכה, פלאמביליות ותנודתיות)1 להוביל אלה כדי להוות אלקטרוליטים מצוינים למדי לשימוש ביישומי DSC.

בהתחשב בסיכויים כאלה עבור RTILs ב DSCs, זה בקושי מפתיע כי, בשנים האחרונות, כבר היתה דחיפה משמעותית של פעילות בלמידה DSC-אב טיפוס N719-כרומרופפור/טיטניה ממשקים עם RTILs. בפרט, עבודה חשובה על מערכות כאלה בוצעה2,3,4,5, אשר לשקול חבילה רחבה של תהליכים פיזיקאלית-כימיים, כולל את החיוב-חידוש מלאי הקינטיקה בצבעים2,5, השלבים המכניים של הדינמיקה האלקטרון-חור והעברה3, ו, כמובן, את ההשפעות של טיטניהמצעים הטבע

עכשיו, התקדמות המוח מקדמות הדמיה מולקולרית מבוסס DFT, במיוחד בעלי השפעה.6, ככלי עיצוב שימושי מאוד בתחום המדע חומרים ובמיוחד עבור DSCs7,8,9,10,11, עם הערכה קריטית של בחירה פונקציונלית אופטימלית להיות חיונית8,9, טכניקות devd הוכיחו שימושי מאוד בעבר בוחן פיזור משמעותי למדי ו-rtil השפעות שימור מפורש על מבנה הצבע, מצבי ספיחה ויברזציה משטחים DSC-מוליך למחצה. בפרט, אימוץ של האימו הובילה להצלחה מסוימת בהשגת לכידה סבירה, חצי כמותית וחיזוי של מאפיינים אלקטרוניים חשובים, כגון פער להקות, כמו גם כריכה מבנית13והרטט ספקטרום14. בסדר. 12-14, הדמיות של אימו בוצעו בהרחבה על הצבע N719-כרומאופפור התמונה מאוגד (101) אנטול-טיטניה, הערכת מאפיינים אלקטרוניים הן נכסים מבניים בנוכחותם של שניהם+[NTf2]-12,13ושוב+אני-14RTILs, בנוסף ספקטרום תנודה עבור המקרה של [בחמים]+אני-14. בפרט, קשיחות של פני השטח של המוליכים למחצה15, מלבד צילום השוואתי הטבועה שלה, הוביל את המשטח כדי לשנות מעט בתוך הדמיית האימו, מה שהופך (101) ממשקים אנטולי12,13,14בחירה מתאימה. כ-ref 12 מראה, המרחק הממוצע בין הקטיונים לבין פני השטח ירד על-ידי כ-0.5 Å, ההפרדה הממוצעת בין הקטיונים לבין האנטונים ירדה ב-0.6 Å, והשנים הניכרות של הRTILs בשכבה הראשונה סביב הצבע, היכן שהקטיון היתה על המקום גיל 1.5 בנוסף ממרכז הצבע, נגרמו ישירות על ידי אינטראקציות פיזור מפורשות במערכות RTIL-solvated. בלתי פיסי של הגדרת התצורה של N719 לצבוע של נספחת היה גם תוצאה של המבוא של השפעות פיזור מפורש בתוך הריק. ב-ref 13, הניתוח נערך אם ההשפעות המבבניות הללו של הבחירה התפקודית RTIL מפורשת ופונקציונלית השפיעו על ההתנהגות של DSSCs, המסכם הן שימור מפורש וטיפול בפיזור חשוב מאוד. בשופט 14, עם נתונים באיכות גבוהה וויברטיב-ספקטרלי של קבוצות אחרות בהישג יד, ההשפעות המיוחדות היו מסומנות באופן שיטתי בשני הצדדים במפורש.+אני-שימור וטיפול מדויק של פיזור הוקמה בשנת refs. 12 & 13 on the reproduction of salient spectral-mode features; זה הוביל למסקנה כי שימור מפורש חשוב, לצד טיפול מדויק של אינטראקציות פיזור, ממצאים מוקדמים יותר עבור תכונות מבניות ודינמיות במקרה של מידול הדמייה של זרזים בממס מפורש16. אכן, מוסבוני ואח ' ביצעו גם הערכה מרשימה של השפעות מפורשות על הטיפול ב-DFT בסימולציה DSC17. בהלול ואח '.18למדה ספקטרום הקליטה ניסיוני עבור צבעים יחד עם ספקטרום הקשורים ברמת TD-DFT; ספקטרום TD-DFT הוסכם היטב במונחים של מעברים מחושבים שלהם עם עמיתיהם הניסיוניים שלהם. בנוסף, ספקטרום הקליטה של נגזרים פירולידין (PYR) נחקרו על ידי Preat ואח ' ב ממיסים כמה19, המספקת תובנות משמעותיות לתוך המבנים הגיאומטריים והאלקטרונים של הצבעים, והיא מעניקה שינויים מבניים נאותים המשמשים למיטוב המאפיינים של מבנה ה-PYR DSSCs-רוח של עיצוב מולקולרי המבוסס על הדמיה-באמת.

לאחר שהקים בבירור את התרומה החשובה של השני dft ו-אימו לקראת מודל מדויק של מאפיינים ותפקוד של DSCs, כולל נושאים טכניים חשובים כגון שימור מפורש וטיפול הולם של אינטראקציות נפיצה מ מבנית, אלקטרונית ורטט נקודות7,8,9,10,11,12,13,14, עכשיו-ב הנוכחי העבודה-המוקד פונה לעבר השאלה הפרגמטית של כמה הגישות אמפיריים הפוטנציאל יכול להיות מותאם לכתובת החיזוי apposite וסביר של תכונות מבנית ויברליות של מערכות DSC כגון מערכת מסוג זה, לקיחת N719 צבען נספחת על אנטול (101)ב [במים]- rtil כמקרה בנקודה. זה חשוב, לא רק בגלל הקורפוס הגדול של פעילות הסימולציה מולקולרית מבוססי שדה מכונות מתודולוגי זמין להתמודד עם הדמיית DSC7, ומשטחי תחמוצת מתכת נרחב יותר, אבל גם בגלל הצגה שלהם עלות חישובית מופחתת לעומת הגישות מבוססות dft, יחד עם האפשרות של צימוד יעיל מאוד גישות דגימה מוטה כדי ללכוד ביעילות יותר בשלב החלל האבולוציה מבניים ממיסים rtil מאוד צמיגה, שנשלט על-ידי תכונות פיזיות מוצקות בטמפרטורות הסביבה. לכן, מונע על ידי השאלה הפתוחה הזאת של ומיטוב גישות שדה הכוח, הודיע על ידי שני DFT ו-האימו, כמו גם נתונים ניסיוניים עבור רטט ספקטרום14, אנו פונים למשימה לוחצת של הערכה אמפירית פוטנציאל הביצועים של הN719 מהירות אטומית של הפונקציה (vacf). אחד הדאגה המפתח הוא כמה שונה החיוב חלקי הפרמטרים של RTIL עשוי להשפיע על ויברtional-ספקטרום החיזוי, ותשומת לב מיוחדת ניתנה לנקודה זו, כמו גם את המשימה הרחבה של התאמת שדות כוח לחיזוי אופטימלי במצב ספקטרלי ביחס לניסוי ו-אימו20.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ביצוע הדמיה MD באמצעות DL_POLY

  1. בנו את המבנה הראשוני DSC מערכות של N719-צבען נספחת לאנאז-טיטניה (101) משטח solvated על ידי [בחמים] + [NTf2]- נלקחמהעבודההקודמת 12,13. לצייר את המבנה הנדרש באמצעות תוכנת וסטה.
  2. בחר את N719 cis-di (thiocyanato)-bis (2, 2 '-bipyridl-4-carboxylate אוחר-4'-חומצה קרבוקסילית)-רותניום (II)-לצבוע רגישות ללא יונים משטחים ולהבטיח נוכחות של שני פרוטונים מאוגדים על פני השטח כדי לספק לנייטרליות המערכת הכוללת.
    הערה: אכן, לימודי עומק של דה אנג'ליס ואח ' הקימו את זה כדי להוות ייצוג ריאליסטי של N719 נספחת לאנאז-טיטניה21. הסיבה לכך היא שבשופט 21 הייתה רמת ההסכמה המשכנע ביותר עם תוצאות נסיוניות עבור מספר נכסים; במערכות נסיוניות, הפרוטונציה פני השטח של הדה-מפקטו , נחשבת לנובעת מהקטיונים של ILs שהובילו להעברה מסוימת של מטען עם פני השטח21.
  3. ודא כי הצבע הוא נספחת כימית אל פני השטח TiO2 דרך שתי קבוצות carboxylate אוחרות (כלומר, bidentate). התצורה הראשונית של צבע נספחת דומה לזה מסומן כמו I1 ונמצא על ידי שייפמן ואח '22, אשר היה נחוש להיות היציב ביותר עם פני השטח פרוטונציה נלקח בחשבון. התייעץ עם מדפים. 12 & 13 עבור חשבון מפורט של איך זה נעשה, כולל קואורדינטות כימיות-ספיחה.
  4. ודא כי צבען רגישות N719 (cis-di (thiocyanato)-bis (2, 20-bipyridl-4-carboxylate אוחר-40-חומצה carbox)-רותניום (II)) אין יונים נגדית. הוסף שני פרוטונים מאוגדים למשטח לצורך נייטרליות החיוב, כגון ref .12 & 13.
  5. בחר 12 קטיון-anion זוגות של 1-בוטיל-3 מתיונין (trifluoromethyl סולוניל) אימיד, הכולל 480 אטומים12,13. אלה נלקחו ממקורות. .12 & 13
  6. הרפה את התצורה של RTIL באמצעות הפוטנציאלים האמפיריים, באמצעות שדה הכוח המאומת היטב של Lopes et al.23. מודל אנטולי משתמש בשדה הכוח וכולל את ניידות הטיטניה בתהליך ההרפיה. באמצעות פרטי DL-פולי בשלב 2.1 למטה, לבצע מיטוב הגיאומטריה ב-DL-פולי, במקום MD, עם מעבר הדרגתי לסיום יחסי מיניטיזציה הדרגתי של 0.001. כאן, ציין אופטימיזציה בקובץ השדה, במקום בדינמיקה.
  7. עבור פני השטח של אנטול, (TiO2)96, המורכב של 288 אטומים, להבטיח שהוא תקופתי לאורך x-ו-y-מעבדה צירים, מקרין rtil זוג מקבילי (101) משטחים; את הממדים בציר x 23 Å ו-y ציר עד 21 Å. . זה נלקח מחדש .12 & 13
  8. ודא שכל מערכת DSC עם ממיס מפורשת מורכבת מ-827 אטומים12,13; במקרה של ' בתוך החללים ', ברגל של RTIL שימור, יש להיות 347 אטומים במערכת.

2. ביצוע הדמיה MD מבוסס שדה כוח באמצעות DL_POLY

  1. לבצע MD באמצעות DL-פולי עם ערכות שונות של טעינה חלקית (vide אינפרא) עבור 15 ps עם 1 fs זמן שלב ו ב 300 K באנסמבל nvt24,25, באמצעות הפרמטרים של השדה הכללי של rtil והמטרה הכללית לצבע 26, כאשר המודל הטוב למחקר ואמין מטסואני-אקאואגי משחק את הפוטנציאל של טיטניה27 כוח שדה. כדי להפעיל את DL-פולי במסוף, הקלד Dlpoly. X & היכן ממוקמות קבצי הקלט.
  2. ביצוע MD קלאסי באמצעות שדות הכוח האמפיריים הללו, כפי שיושמו בDL_POLY28. כאן, אין צורך להשתמש בממשק משתמש גרפי (GUI) בתוכנה, ולכן מומלץ להזין את הפרטים באמצעות מקיף, וקל לעקוב אחר התוכנה ידנית29. כאן, בקובץ הבקרה (בדוק מידע משלים עבור קבצי קלט), לציין "האף הובר" עבור NVT, ולבחור מסלול מהירות מיקום הדפסה כל 1 fs.
  3. בקובץ FIELD, עבור פרמטרים של Lennard-ג'ונס, החל את לורנץ-רטלוט שילוב כללים25. לקיחת הממוצע האריתמטי של ה-"לנארד-ג'ונס" (אל-ג'יי) והממוצע הגיאומטרי של מעמקי ה-אל-ג'יי, עבור שדות הכוח האמפיריים, כמפורט ב-ref .25, והזן זאת בחלק התחתון של קובץ השדה תחת הכרטיסייה שאינה בונדד-אינטראקציות.
  4. כדי לטפל באלקטרוסטטיקה ארוכת טווח, יש למרוח את שיטת אוואלד25; להשתמש באורך לא מאוחד לגזור של rcut = 10 Å. התייעץ עם משתמשים. 25 & 30 לקבלת פרטים מדויקים לגבי אופן המיטוב של פרמטרים אלקטרוסטטית. הגדר את פרמטר הדעיכה של החלל האמיתי עבור שיטת אוואלד בקובץ הבקרה כדי להיות ~ 3.14/rcut, ובחר את מספר הווקטורים של ה-אוואלד להבטיח סובלנות יחסית בהערכת אוואלד של 1e-5; ציין זאת בקובץ ה-CONTROL.
  5. ודא, בקובץ הבקרה, מצב ש-rגזור = 10 Å; לבצע סדרה של הערכות פוטנציאליות אנרגיה עם קובץ revcon (שונה בשם CONFIG) עד לחץ המערכת בפלט ממיר לתוך כמה אחוזים כדי לבחורלחתוךr, אבל להימנע כל rלחתוך מתחת ~ 2.5 פעמים הגדול ביותר אל-ג'יי מרחק25,30.
    הערה: זמן זה קצר 15 ps מסוג MD-הפצה נבחר להיות דומה לזה של ~ 8.5 ps יליד-אופנהיימר-MD (BOMD) עם תצורה זהה התחלתי של refs. 9, 10 & 17, כדי לאפשר השוואה ישירה ויברtional-ספקטרום החיזוי המוענקת על ידי מבוסס על ידי AI-20 ו-מבוססי שדה כוח MD (עם השוואה ואימות נגד הניסוי גם).
  6. מתוך קובץ ההיסטוריה (שאליו הודפסו הן המהירויות והן המיקומים בכל פעם, כפי שמכוונים לקובץ הבקרה), חלץ את ה-x, y, z-מהירויות באמצעות פיתון dye_atom_velocity_seperate. py (ראה מידע משלים) בטרמינל. זה יפריד בין המהירויות. בכל שלב
  7. חשב את ה-VACF באמצעות vacf151005.py (ראה מידע משלים). בטרמינל, הקלד ./classical_dye_autocorr. sh; זה יהיה לחשב את ה-VACF של כל אטומי הצבע. מחשב ספקטרום מ-MD (אםמשתמש 14,20 או מבוסס שדה כוח) באמצעות התמרת פורייה המוני משוקלל של הפונקציה של מהירות אטומית של הצבע (vacf)31,32,33 באמצעות פיתון MWPS.py (ראה מידע משלים). בטרמינל, הקלד ./run_all_4. sh; זה יהיה לחשב את ספקטרום הכוח משוקלל מסה.
  8. לבצע התמרת פורייה על אלה VACFs באמצעות תוכנה זמינה בדרך כלל.
  9. יש לזכור כי טיפול dft באיכות הטובה ביותר (למשל, השימוש בתוך שימור מפורש וטיפול מדויק של פיזור, לצד מבחר ורכב של פונקציונלי) חשוב להשתמש בתפעול נגד נתונים ניסיוניים12,13,20 ו התאמת הביצועים השוואתיים של MD ניסיוני-פוטנציאלי, בפרט, את ההשפעה הגדולה של אלקטרוסטטיקה ובחירות עבור חיובים חלקיים16. ראה מחדש. 12 ו -13 וללמוד את אלה כדי לקבל הערכה מעמיקה, ואם מתכוון לעשות את הפעולה הזאת (שאינה המקרה במחקר הנוכחי), לפעול בהתאם במצב כזה בעתיד, צריך את הצורך לנהל את הנושא.

3. השוואת התוצאות של כל אחד משדות הכוח

הערה: חשוב להעריך מערכות בעלות תשלום חלקי עבור RTIL עבור הדמיה של MD מבוסס-הפוטנציאל האמפירי בשלב 2, עבור השוואה מוכנה אחד נגד השני, ניסוי ו-ab-MD התוצאות של ממיס RTIL מפורשת (באמצעות PBE פונקציונלי עם פיזור Grimme-D3, בזכותביצועי מעולה שלה לחיזוי של ספקטרום אלה היו כדלקמן:

  1. שימו לב כי במקרה של האשמות הנגזרות rtil, את החיובים האניבים ניתן למצוא מ-Extended הוקקל תאוריה34,35, על בסיס מסלולים מבוססי המחשב העצמי23, בשל היעדר הפרמטרים של אניון-מטען ב-ref .20, עם חיובים להילקח מ lopes et al.23 להכין טבלה של חיובים הספרות, ולשים בתבנית שדה קובץ עבור DL-פולי.
  2. שימו לב כי החיובים של מוליקן RTIL יש לחשב באמצעות ניתוח האוכלוסייה Mulliken. בצע את הניתוח Mulliken על ידי ממוצע על פני ארבע נקודות של מסלול ה-ab הראשי MD20, מוכן להכין טבלה של חיובים הספרות, ולשים בפורמט קובץ שדה עבור DL-פולי.
  3. שימו לב כי החיובים מורחבת הנקל (EHT) הינם מצוידים מתוך התצורה הסופית של מסלולים של מערכת הניהול20, באמצעות eht, החלים הן האניטונים rtil והקישות. לבצע ניתוח EHT על ידי ממוצע מעל ארבע נקודות של מסלול ה-ab מאותחל מספר20, כפי שיושם בחבילת התוכנה של מו (על ידי בחירת התפריט מבצע ניתוח החיוב לאחר הקריאה בקובץ התצורה)35, הכנה והכנת טבלה של חיובים הספרות, ולשים בתבנית שדה קובץ עבור DL-פולי.
  4. שים לב כי הירפלד rtil יש לחשב מתוך ניתוח הירשפלד-תשלום על ידי ממוצע על פני ארבע נקודות שלמסלול ה-ab של MD, עבור אניונים והכשות20, כפי שיושם בחבילת התוכנה של מו (על ידי בחירת ' בדיקת חיוב ' תפריט לאחר הקריאה בקובץ התצורה)35. מרנורמליזציה של חיובים כאלה שהושגו, העבר את אלה בתבנית המתאימה בקובץ השדה DL-פולי.
  5. זכרו כי מערכות המטען השונות עבור [במים]+[NTf2]- אטומים מוצגים בטבלה 1 & טבלה 2, אשר גם מראה את הסכום הממוצע שבו כמה חיובים האטומי צריך להיות שונה, כדי לקחת סימטריה ושימור כולל החיוב בחשבון.
  6. שימו לב שערכות הטעינה הסופיות הן בעלות סכום החיובים המוסיף ל-+1 על הקטיון ו -1 על האניב. הקטיון ואניבמוצגים באיור 1ובאיור 1, בהתאמה . ספקטרום ה-DFT שנדגם, שממנו מערכות הטעינה הללו היו השראה, באמצעות ובגדול, יש העברת טעינה מרומזת ונוטות להוביל לחיובים הקרובים ל-± 1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

נכסים מבניים של מוטיבים מחייבים
מוטיבים הכריכה הייצוגית של ארבעת הסטים השונים של המטען החלקי מתוארים באיור 2, לאחר 15 PS של MD. באיור 2א, עבור הספרות (הנ ל)-חיובים נגזר, ניתן לראות כי קיימת אינטראקציה מימן בולטת עם משטח פרוטון. מניתוח קפדני של המסלול, איגרות חוב מימן הם בעיקר משטח-פרוטון מאוגד בעוד שלושת האחרים (הנגזרות)20 החיוב סטים לא תכונה כזו אינטראקציה עם משטח פרוטון. מתייחס לאיור 1מתוך שופט. 20, אשר מתארת את התצורה של הגדרת מחייב-לצבוע בהרפיה לאחר ~ 8.5 ps, יש גם פחות ראיות של חזקה מימן מקשר עם פרוטון פני השטח, כך זה עקבי בצורה עקבית בתפירה MD הנוכחי שדה מבוסס-הקרקע עם מערכות הטעינה מבוססי-מבוסס-מערכת הצורך להשיג הסדרים בעלי המצע אכן, את הגודל הקטן של החיובים החלקיים של הספרות-במקרה נגזר לעומת אלה שנדגמו בדרכים שונות מ-מנהל המערכת (שולחן 1 & טבלה 2) מוביל במידה פחותה של הגנה מפני המטען בהשוואה לחיובים גדולים יותר rtil חלקיות, אשר משמש כדי להדגיש יותר את הקשר האלקטרוסטטי (מימן בכל מקרה, מעניין, המטען הנגזר של מולילקן מראה "kinking" מסוים של הצבע יש קשר מימן בולט עם אטום החמצן גישור על פני השטח של אנטול (איור 2ב), אשר הוא אפוף של מערכת pbe של ref. 15 ללא פיזור griמאני (איור 2ד בתוך): האיכות הירודה המזוהה בדרך כלל מוביל החיובים פחות פיזיים, מתמשך, אשר נחקרו בפירוט רב יותר refs. .12, 13 & 20 בצורה טובה יותר, התשלום המתאים ביותר מתאים (EHT ו-הנקל) מ-IMD20 להוביל למוטיבים מציאותיים יותר N719-Binding באיור 2c, d, אשר נמצאים בהסכמה עם PBE-מבוססי Bomd שמציעות הפיזור grimmer D3 ב ref 20 (cf. איור 1f ); השוואה בין מוטיבים עם ref 20 מראה שזה במידה רבה יותר המקרה של חיובים הירשפלד.

ספקטרום אמפירי-פוטנציאלי
לאחר שהוקם ברמה מבנית ברוטו כבר את ההשפעה הבהירה של RTIL בתשלום חלקי מגדיר בפרפורמציה והתאמת היעילות של MD שדה מבוסס על-ידי-à-לעומת הנתונים הטובים ביותר מבוססי מערכת המידע הזמין, אנחנו עכשיו פונים לשקול אמפירי-מבוסס על פוטנציאל MD עבור השכפול של ספקטרום N719. ספקטרום ה-VACF המשוקלל עבור ארבע ערכות הטעינה הparametrized השונות מוצגות באיור 3; כפי שהוזכר קודם לכן, למרות שכל ארבעת הספקטרום שנוצר על ידי MD יש את אותם שדות הכוח של הצבעים והמשטחים שלהם, הם נבדלים בחיובים חלקיים שהוחלו על ההגרויות RTIL והאניונים.

עכשיו, לפני שדנים בספקטרום התנודה החזוי, תנו לנו לעשות כמה הערות קצרות על האופי הבסיסי והפרשנות הגבוהה ביותר שלהם. הקווים הצבעוניים הרציפים באיור 3 מציינות את הספקטרום המבוסס על מבוסס MD בטווח בין 0 ל-2500 ס"מ-1, עבור כל ארבע ערכות הטעינה החלקיות של rtil. קווים אנכיים מקווקווים אפורים מבוססים מצבי ניסיוני עבור N719 צבען ו הם בתדרים 1230, 1380, 1450, 1540, 1600, 1720 ו-2100 ס"מ-1, בהתאמה36. שני מערכות ספקטרליות אפורות הם תוצאות הניסוי atr-ftir מ ref. 37, עם העליון ביותר להיות ספקטרום של אבקה N719 unsolvated ואת אחד התחתון זה עבור unsolvated N719 אבקת נספחת על אנטול. תוצאות נסיוניות אלה מיועדות כמדריך בלבד, כי הספקטרום הם מעט שונה במחקרים אחרים ושני ניסות ניסיוני הם עצמם שונים במקצת עקב ספיחה כדי אנטול. נוכחות של ממס צפוי לשנות את ספקטרום, אם זה יהיה RTIL או מסורתי יותר acetonitrile. כמו כן, יש לציין שלספקטרום הניסיוני יש חלון תדר מופחת, והוא בתוקף המציין תערובת של תכונות דינמיות של צבעים מרובים בגאומטריות שונות; לעומת זאת, יש לזכור כי התוצאות הן עבור מולקולה N719 אחת נספחת למצע אנטול, ולכן מובילה אות חדה יותר בהכרח.

כעת, המצבים עצמם נדונים יותר ב-refs. 14 & 18; הדיון הנוכחי מתמקד יותר בנאמנות של כל טכניקה בשחזור אלה, בניגוד לטבע הבסיסי שלהם.

0-500 ס מ-1: התוצאות הקודמות של הפונקציה הממדית (כלומר, bomd-מבוססי-pbe עם פיזור של Grimme-D3 ושימור מפורש rtil)20 להראות אשכול של פסגות ספקטרוסקופיות באזור 300-400 ס מ-1 . מבחינת הקרבה לספקטרום ה-ab, מערכת המטען הקלאסית הייתה מדורגת בסדר הקרוב ביותר לרחוק ביותר בתור EHT, הירשפלד, ספרות מבוסס ו מולליקן.

500-1000 ס מ-1: ה-ab מאתחל MD ספקטרום20 להציג פסגות רטט בולטות ב 625, 750 ו-825 ס"מ-1; הפסגות הראשיות בספקטרום הקלאסי הם ב 600 ו 800 ס"מ-1 עבור הספרות נגזר החיובים, 525 ו 800 ס"מ-1 עבור חיובים מוליקקן, 675, 810, ו-900 ס"מ-1 עבור חיובים eht ו 650,800 ו-900 ס"מ-1 עבור הירשפלד מערכת התשלום. למרות הספרות ואת החיוב Mulliken לשכפל גרוסו modo כמה מן התכונות של ספקטרום ה-ab, הן EHT ו-הירשפלד מגדיר לייצר ספקטרום אשר הפסגות העיקריות שלהם רק 25-75 ס מ-1 מעל אלה של ה-ab מאותחל אלה. בהתחשב בדמיון הקונסטרוקטיבי הרבה יותר של המוטיב המחייב באיור 2c, ביחס לאיור 1f של ref. 20, הסכם מעולה זה, חצי כמותי, מעודד לתפירה ולאופטימיזציה של שדות ממניים באיכות גבוהה.

1000-1500 ס מ-1: ספקטרום bomd במהלך פסגות חזקות בשעה 1000, 1300, ו 1400 ס"מ-120, ואילו הפסגות הראשיות הקיימות ספקטרום המבוסס על שדה הכוח הם ב 1075 ו 1200 cm-1 עבור הספרות הנגזרות, 1080, 1350 ו-1450 ס"מ-1 עבור החיובים הנגזרים, 1075 ו-1200 ס"מ-1 עבור מטעני eht ו 1075 ו-1250 ס"מ-1 עבור מערכת החיוב. למרות המבוססת על שדה הכוח rtil-תשלום מגדיר את התוצאות קרוב לאלה של הדמיית הדמיה20, הבדל מפתח בין אלה bomd שקרים בעובדה החשובה הסימולציות הנוכחי הפוטנציאל הניסיוני מאפשרים רק ספיחה פיזית ולא גם עבור האפשרות של ספיחה כימית. ברור, זה יהיה השפעה חזקה במיוחד באזור זה מכופף תנודה כיפוף ומשמש כדי להסביר עסקה טובה של שינוי של מצבי רטט הקשורים איגוד המשטח.

1500 + ס מ-1: בטווח התדרים שנשלט על ידי המתיחה מעל 1500 ס"מ-1, the solvated ab הספקטרום התצוגה20 מצבי התערוכה ב 1525, 1575, 1600, 1700 ו-2075 ס"מ-1. כל ארבעה ספקטרום מבוסס שדה כוח יש מצבים באזור של 1525 ס"מ-1, בעוד שאף אחד לא ללכוד את המצב thiocyano סביב 2075 ס מ-1. הספרות נגזר מערכת המטען מייצרת ספקטרום אשר מראה מצבי רטט ב 1625 ו 1700 ס"מ-1, ואילו ספקטרום נגזר השימוש של מוליקן חיובים התוצאה מצבים ב 1600, 1675 ו-1775 ס"מ-1. הספקטרום שנוצר על-ידי EHT יש מצב ב-1700 ס"מ-1, ואת ספקטרום הירשפלד שנוצר עושה עבודה מצוינת למדי של שכפול מבוסס dft תוצאות MD עם מצבים ב 1575, 1600 ו 1700 ס"מ-1. ברור כי התחכום גדול יותר של ההתאמה תשלום הירשפלד עושה לשלם דיבידנדים חשובים ביחס לרבייה איכותית בסיסית של תכונות ספקטרליות בולטות, לראווה עוד את ההשפעה החשובה של RTILs וטיפול מתאים של האלקטרוסטטיקה שלהם על לכידת הפרטים החיוניים של N719 המאפיינים ויברtional.

Figure 1
איור 1: הקטיון והאניעל תמונות של המערכת הנחשבת. פחמן מוצג ציאן, חנקן בכחול, חמצן באדום, מימן לבן, גופרית בצהוב, פלואור ורוד. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: השקפה פרונטלית המציגה את הגיאומטריות הנינוחות של המערכות תחת שיקול, לאחר 15 ps של MD. פחמן מוצג באפור, חנקן בכחול, חמצן באדום, מימן לבן, טיטניום בכסף, גופרית בצהוב רותניום בירוק בהיר. המערכות הסולוראות במפורש מוצגות ללא יוני RTIL לצורך הצגה קלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: ויברtional ספקטרום עבור adsorbed-N719 מ-md; הסימולציות המבוססות על שדה הכוח md משתנות זה מזה רק בparametrization החלקית שלהם של RTIL. בתוך כל עלילה אפור (נמוך)/(העליון) הזחה מתאים לאות atr-ftir ניסיוני מלאואון37, עבור (יבש-N719 נספחת אל אנטול)/(יבש-N719 אבקה). הקווים המקווקו מציינים מצבי תנודה מבוססים30. (א) ספרות-כתביהאישום rtil, (ב) מולילקן (ב) מולוקן (ג) הירשל-חיובים, ו (ד) הירשפלד רטיל חיובים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

אטום אניון
ספרות מולליקן מוטי שלמה ירשפלד
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
שינוי ממוצע 0.0062 0.0159 -- 0.0195

טבלה 1: parametrized מטענים שונים עבור החיובים החלקיים האטומיים של הקטיון. השינוי הממוצע הוא שינוי אטום לחיוב הדרוש כדי להשיג נייטרליות המטען הכולל.

אטום אניון
ספרות מולליקן מוטי שלמה ירשפלד
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
שינוי ממוצע -- 0.0062 -- 0.0045

טבלה 2: החיוב בפרמטרים השונים מגדיר עבור החיובים החלקיים האטומיים של האניב. השינוי הממוצע הוא שינוי אטום לחיוב הדרוש כדי להשיג נייטרליות המטען הכולל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שיטות הסימולציה Ab מאותחל יקרות לבצע ומכאן כדי לבצע הדמיה על מאזני זמן הרבה יותר ידרוש שימוש בשדות כוח אמפיריים לפחות חלק מהמערכת DSC. לקראת סוף זה, מודל האטומיסטי שווה ערך נוצר של [במים]+[NTf2]- ממשק solvated, באמצעות שימוש ניסיוני, הדמיה קלאסית שדה כוח עבור MD. האנאז היה במודל שימוש בשדה הכוח של מטסואני-אקאוג'י (MA), בעוד מבנה הצבע טופל באמצעות פרמטרי OPLS. עבור RTIL, ארבעה שדות כוח שונים היו מועסקים כדי לקבוע את החשיבות של המטען של RTIL על הדינמיקה של הצבעים ויברtional. הפרמטרים של שדה הכוח היו זהים עבור כל אחד, ורק שינוי משתנה המטען היה מגוון, עם הפרמטרים שדה הכוח שנוצר מהליך התאמה אוטומטית ניצול ההטיות מורחבת (EHT), כפי שיושם בחבילת התוכנה של מו והותאמה נגד מסלולים ab מאותחל.

התוצאות בתחילת ab להראות אשכול של פסגות ספקטרוסקופיות באזור של 300-400, 625, 750, 825, 1000, 1300, 1400, 1500, 1525, 1575, 1600, 1700 ו-2075 ס"מ-1. מבחינת הקרבה לספקטרום ה-ab, מערכת המטען הקלאסית הייתה מדורגת, בסדר הקרוב ביותר לרחוק, כמו EHT, הירשפלד, ספרות ומולקן. הפסגות המרכזיות הקיימות בספקטרום הקלאסי הן ב-600, 800, 1075, 1200, 1525 ס"מ-1 לספרות-חיובים נגזרים. הפסגות, באמצעות מטענים Mulliken, להתעורר 525, 800, 1080, 1350, 1450, 1525, 1625, 1700 ס"מ-1. החיובים EHT להוביל פסגות באזור של 675, 810, 900, 1075, 1200, 1525 ס"מ-1. בסופו של דבר, הירשפלד הגובה הפסגות ב 650, 800, 900, 1075, 1250 ו-1525 ס"מ-1.

פן הירפלד-מעולה ביצועים מעולים (הן מבחינה מבנית והן ברטט), להוביל אחד לחשוד אלה שיטות הכוח, כאשר מותאם באופן מפרגמטי עבור חיובים הודיע על ידי dft באיכות טובה ו-האימו, עשוי תמיד לשמש תחליף סביר עבור האימו בעיצוב DSC טיפוסית, תמונה זו למדי אופטימי לא תמיד ל אכן, כאשר הדגמים האמפיריים פוטנציאליים להיכשל בתרחיש N719 הנוכחי-במקצת מאוד, זה חייב להיות הודה-הוא באזור ספקטרלי בין 1800 ו 2000 ס"מ-1. הן PBE-Grimme-BOMD20 ותוצאות ניסיוני37 להראות פעילות קטנה באזור זה, בעוד כל הטעינה הקלאסית parametrizations show, בטעות ובצורה מוטעית, מצבים חזקים. זה, ואת היעדר מהעירייה של מצב thiocyano הוא בוודאי בשל מודל שדה הכוח של הצבע (OPLS, במקרה הנוכחי) להיות מסוגל ללכוד כראוי התנהגות דינמית זו. החיוב parametrization, בטווח התדרים המסוים הזה, יהיה בעל חשיבות משנית בהשוואה למונחים מתחברים וזוויתיים בשדה הכוח. הדבר משמש ' סיפור הזהרה ' שלמרות שהתאמה חלקית מהווה צעד ראשון חשוב, הפרמטרים של מתיחת מפתח וכיפוף מסוימים במודלים האמפיריים עשויים להיות חשובים גם כן.

בסגירה, ספקטרום רטט עבור ממשק צילום פעיל ב DSC דווחו על ידי שינוי פורייה המוני VACFs משוקלל שנוצר מתוך מסלולים של הדינמיקה המולקולארית המבוססת על שדה, באמצעות משתני RTIL-התשלום שונים של מורכבות הגוברת ותחכום. בנוסף, מצבי קשירה בעלי מבנה גולמי נחשבו גם הם (איור 2), יחד עם הרגישות שלהם לקבוצות בעלות מטען חלקי. התגלה כי ה-EHT, והירשפלד מערכות החיוב, ביצע היטב ביחס לרבייה של מוטיבים מחייבים ברוטו לעומת האיכות הגבוהה של מערכת ההדפסה, וגם הרבייה של התכונות הבולטות ATR-FTIR-ספקטרום (כמו גם ביחס לספקטרום של אימו). אולם, שיעור חשוב ביותר הוא כי חוסר החיזוי של מצב thiocyano, כמו גם מצבים מלאכותיים ב 1800-2000 ס"מ-1 טווח מראה את המגבלות של שדות כוח פשטני כדי לשכפל בדיוק טוב אימו והניסוי, ומאותת את הצורך לreparametrize היבטים הקשורים בונדד שנבחרו של קבוצות משנה של שדות הכוח. במובן זה, כוח התאמת ל-מפעיל הוא אסטרטגיה יעילה ומבטיחה, בעוד השימוש של ה-MD מחייב הדוק עם ערכות אימונים טובה עבור משתני משנה הוא גם עשוי להיות כיוון העתיד חשוב מאוד בסימולציה מאופשר DSC-אב טיפוס עיצוב. עדיין, המחקר הנוכחי עדיין הדגיש את האפקטיביות ואת החשיבות של שימוש פרגמאטי של האיכות הטובה של האימו ו-DFT בהדרכת התפירה של ערכות התשלום החלקי יעיל עבור MD מבוסס שדה כוח, כמו גם מראה את המגבלות של התאמה חלקית חיובים לבד. אף על פי כן, שימוש בגישות פופולריות יותר ויותר של תשלום, אשר מפיקות את ההאשמות בסביבות ± 0.8 על האניטונים והקדשות, מהווה כיוון טוב לעבודה פוטנציאלית עתידית של הקהילה במונחים של פיתוח מערכות האשמות מתאימות לשימוש עם שדות כוח אמפיריים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

המחברים מודים לפרופ ' דוד קוקר לדיונים שימושיים ולקרן המדע אירלנד (SFI) למתן משאבי מיחשוב בעלי ביצועים גבוהים. מחקר זה נתמך על ידי ערכת המימון הדו SFI-NSFC (גרנט מספר SFI/17/NSFC/5229), כמו גם את התוכנית למחקר במוסדות ברמה השלישית (PRTLI) מחזור 5, ממומן על ידי קרן הפיתוח האזורית האירופי.

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

כימיה סוגיה 155 צבען-רגישות תא סולארי נוזלים בטמפרטורת החדר (RTIL) דינמיקה מולקולרית (MD) בצפיפות תיאוריה פונקציונלית (DFT) Ab מולקולרי דינמיקה (מדעי הבעיה) ויברtional ספקטרום
ויברtional ספקטרום של N719-כרומטופור/טיטניה ממשק הסימולציה מולקולארית פוטנציאלי-דינמיקה, Solvated על ידי טמפרטורת חדר הנוזל היוני
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