Improving DFT Modeling of EPR Data for Small Molecule Organic Photovoltaics

改进小分子有机光伏 EPR 数据的 DFT 建模

基本信息

  • 批准号:
    9533663
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 9.77万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The movement of an electron from one redox active site to another is central to the function of many biological systems including respiration and photosynthesis. In natural photosynthesis, Photosystem II (PSII) catalyzes the water splitting reaction and is seen as a template for designing new solar devices. A critical part of this design process is to fully understand electron transfer processes in smaller model systems. We have recently investigated electron transfer in polymer-fullerene solar devices (bulk heterojunction solar cells) by combining electron paramagnetic resonance (EPR) experiments with density functional theory (DFT) calculations. However, we found that comparing small oligomers to experimental results of the full polymer system made interpretation of the results difficult. We hypothesize that comparing our DFT calculations directly to the results for small oligomers will allow a better assessment of the agreement between calculation and experiment. It is important to determine what functionals are suitable if DFT calculations are to be used to guide solar cell design. In Aim 1, we will determine which functionals adequately model oligomers that contain silicon and germanium as central atoms (rather than the more common carbon). In Aim 2, we will determine the true extent of charge delocalization by comparing results for oligomers that span the range suggested for delocalization lengths. At the conclusion of this work, we will have expanded knowledge of how to model electron donating systems and provided tools that can be used to model newly developed solar devices which will make such devices more economically viable and reduce our reliance on fossil fuels.
项目摘要 电子从一个氧化还原活性位点向另一个氧化还原活性位点移动至关重要 许多生物系统,包括呼吸和光合作用。在自然光合作用中, 光系统II(PSII)催化水分反应,被视为模板 设计新的太阳能设备。该设计过程的关键部分是充分了解电子 较小的模型系统中的传输过程。我们最近研究了电子传输 聚合物 - 富勒烯太阳能(大量异质结太阳能电池)通过组合电子 具有密度功能理论(DFT)计算的顺磁共振(EPR)实验。 但是,我们发现将小寡聚物与全聚合物的实验结果进行比较 系统对结果的解释很困​​难。我们假设比较我们的DFT 直接计算为小寡聚的结果将允许更好地评估 计算与实验之间的一致性。确定哪些功能很重要 如果要使用DFT计算来指导太阳能电池设计,则适用。在AIM 1中,我们将 确定哪些功能可以充分建模包含硅和锗为的低聚物 中央原子(而不是更常见的碳)。在AIM 2中,我们将确定真实 通过比较跨越范围的低聚物的结果来定位的程度 建议用于离域长度。在这项工作结束时,我们将扩大 了解如何建模电子捐赠系统和提供的工具 模型新开发的太阳能设备将使此类设备在经济上更可行 并减少我们对化石燃料的依赖。

项目成果

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